[发明专利]一种好氧/厌氧两用可见光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种好氧/厌氧两用可见光催化剂及其制备方法与应用，本发明首先采用溶剂热法合成了锆基金属有机框架材料；然后加入片状氧化石墨烯并与Zr‑MOFs充分混合，经还原后得到Zr‑MOFs/rGO材料；最后，采用原位沉淀法制备得到表面分散大量AgPO₄纳米颗粒的Zr‑MOFs/rGO/AgPO₄异质结光催化剂。与现有技术相比，本发明制备方法操作简单、反应条件温和、合成周期短、重复性好，可用于大规模量产；制备的Zr‑MOFs/rGO/AgPO₄催化剂为Z型异质结材料，由于其特殊的价导带能级，具有显著的可见光光催化活性，在好氧及厌氧状态下皆展现出较高的光催化效率，展现出在水体环境中的污染物降解及杀菌方面广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，涉及一种好氧、厌氧条件皆适用的好氧/厌氧两用Zr-MOFs/rGO/AgPO₄可见光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

光催化技术在能源和环境领域有着广阔的应用前景，引起了国内外广泛的重视。常见的半导体光催化剂包括一元半导体光催化剂和多元半导体光催化剂。前者由于能带结构固定，难以同时兼顾宽的光吸收范围及强的氧化还原能力，光催化效率低；后者通过形成异质结，拓宽了半导体材料的光谱吸收范围，提高了光生电子-空穴对的分离效率，延长了光生载流子的寿命，明显提高了光催化效率。在常见的异质结中，Z型异质结由两种能带交错的半导体材料和导电介质构成，具有能有效分离电子空穴对、保留强氧化-还原活性位点、扩大光响应范围和提高光催化活性等优点，成为近年来光催化材料领域研究的热点。

光催化技术通常通过光催化剂表面经光照产生的电子还原水环境中的O₂或通过空穴氧化H₂O或OH^-，生成具有强氧化性或强还原性的活性基团(如·O₂^-、·OH、e^-等)实现对有机污染物的降解和对细菌的灭活。然而，水环境中的溶解氧O₂浓度往往决定了活性基团的产生量，从而影响光催化材料的催化反应效率。例如，厌氧或缺氧的水环境不利于以·O₂^-为主要活性基团的光催化剂的应用，·O₂^-的产生受到明显抑制；而在好氧的水环境中，以·OH为主要活性基团的光催化剂无法利用水中的溶解氧，不能产生充足的氧化活性基团，导致其催化效率低下。

发明内容

本发明的目的是提供一种好氧/厌氧两用可见光催化剂及其制备方法与应用。本发明制备得到的光催化剂经可见光照射在好氧及厌氧水环境中都具有较高的光催化效率，应用范围广，制备成本低，在水中稳定性高，制备流程简单可行，解决了现有技术中普通光催化材料无法在厌氧或好氧水环境中有效产生活性自由基的缺陷和普通可见光光催化材料催化效率低的不足。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种好氧/厌氧两用可见光催化剂，该可见光催化剂为Zr-MOFs/rGO/AgPO₄可见光催化剂，该可见光催化剂中，Zr-MOFs被片状的rGO(还原氧化石墨烯)包裹，AgPO₄纳米颗粒分散于Zr-MOFs/rGO的表面，形成Z型异质结；

所述的可见光催化剂的导带边缘电势(-0.55eV)低于·O₂^-的直接产生电势(-0.33eV)，价带边缘电势(+2.80eV)高于·OH的直接产生电势(+2.34eV)，在好氧及厌氧环境中皆可产生具有氧化效果的活性氧自由基。

一种好氧/厌氧两用可见光催化剂的制备方法，该方法为：先采用溶剂热法合成Zr-MOFs，然后加入片状GO(氧化石墨烯)并与Zr-MOFs充分混合，经还原后得到Zr-MOFs/rGO，再通过原位沉淀法制备得到表面分散有AgPO₄纳米颗粒的Zr-MOFs/rGO/AgPO₄可见光催化剂。