[发明专利]一种爆米花状ZnFe2

说明书

本发明涉及一种爆米花状ZnFe₂O₄/CdS/GO异质结光催化剂的制备方法，属于纳米催化剂技术领域。本发明采用铁盐和二水合醋酸锌水热合成爆米花状ZnFe₂O₄纳米球，以爆米花状ZnFe₂O₄纳米球为基底，循环进行镉离子吸附和硫化处理得到ZnFe₂O₄/CdS异质结光催化剂，再将ZnFe₂O₄/CdS异质结光催化剂与氧化石墨烯水热反应得到爆米花状ZnFe₂O₄/CdS/GO异质结光催化剂。本发明催化剂对工业废水中的染料等有机污染物表现出高效的催化能力，便于回收且具有稳定的循环性能。制备方法具廉价、绿色，ZnFe₂O₄/CdS/GO异质结光催化剂具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种爆米花状ZnFe₂O₄/CdS/GO异质结光催化剂的制备方法，属于纳米催化剂技术领域。

背景技术

纳米材料尺寸小和表面能大，所以使用传统的分离方法，例如离心和过滤，总是会导致催化剂的严重损失以及高能耗。另外如果无法彻底回收分离这些光催化剂粉末，则剩余的样品将导致二次污染，这与最初的目的大相径庭，因此，制造具有良好可回收性的光催化剂非常重要。磁性分离技术，通过将磁性材料引入催化剂中以形成磁性光催化剂来克服这些问题。利用外部磁场的磁分离技术提供了一种方便且具有成本效益的方法，对磁性光催化剂的研究在光催化领域中具有巨大的潜力。

作为一类典型的磁性材料，尖晶石型铁氧体纳米颗粒例如CoFe₂O₄，ZnFe₂O₄，NiFe₂O₄和SnFe₂O₄，因其出色的光化学稳定性，可见光活性和环境友好性而被广泛研究。其中，钴和镍由于其稀缺性以及锂离子电池的高需求导致了价格昂贵，所以无法广泛使用。另一方面，ZnFe₂O₄由于价格便宜且含量丰富，具有可见光响应(Eg≈1.87eV)，光化学稳定性，相对铁基磁性材料有更好的分散性和更低的偶极-偶极吸引力。在ZnFe₂O₄例如铁磁流体，高密度磁记录介质，光催化剂，气体传感器，超级电容器，锂离子电池，生物医学，和雷达吸收材料等领域都具有广泛的应用。近年来，许多努力都致力于合成具有多种形态的ZnFe₂O₄微米/纳米结构，例如纳米立方体，纳米棒，纳米薄片，微米/纳米球来改善ZnFe₂O₄性能。然而，他们的制备过程仍然存在例如相对苛刻的合成条件，多个步骤导致的耗时，低能量转换效率等弊端，这些都限制了ZnFe₂O₄的大规模生产或商业化。目前主要的ZnFe₂O₄纳米球的合成方法中，往往需要选择难以获取的硝酸锌作为锌源(管制类药品)，合成过程还需要提供强碱的条件，之后又需要二次的高温煅烧来增加结晶性。整个过程不但成本高昂，操作繁琐，而且强碱条件下的废液以及煅烧产生的废气都增加了环境的负担。

CdS作为重要的电子和光电材料之一，在非线性光学器件、平板显示器、发光二极管，薄膜晶体管和太阳能电池等领域有着广泛应用。然而，在光催化过程中原始CdS由于光生空穴的严重自氧化而容易遭受光腐蚀，不仅会导致光转换效率低，而且导致稳定性变差。

因此，急需开发廉价且绿色的方法来制备单相ZnFe₂O₄纳米材料，以及以单相ZnFe₂O₄纳米材料为基质的高效率、可回收的光催化剂。

发明内容