[发明专利]氮化硼/硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮化硼/硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法和应用，该复合光催化剂包括硫化铟锌，其表面负载有质量百分含量为1.6％～9.7％的氮化硼纳米片。其制备方法包括：将氮化硼纳米片、锌盐、铟盐、硫代乙酰胺和水混合进行水热反应，得到本发明催化剂。本发明复合光催化剂，具有可见光吸收能力强、暴露活性位点多、光生电子空穴分离速率高、光催化性能优异等优点，是一种结构稳定、性能优异的新型可见光催化剂，具有很高的商业应用价值，可广泛用于处理有机污染物废水，能在可见光照射下实现对有机污染物的有效去除，具有操作简便、能耗较低、去除效率较高、无二次污染等优点，在处理有机污染废水领域具有较大潜力。

技术领域

本发明属于可见光催化领域，具体涉及一种氮化硼/硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着人口快速增长和工业化进程高速发展，水环境污染和能源短缺已成为人类生存面临的两大挑战。为了应对日益增长的用水需求，治理水环境中存在的有机污染物成为实现废水再次利用的当务之急，特别是抗生素类有机污染物。以土霉素(OTC)为例，土霉素是一种常用的兽药抗生素，可代谢程度较低，因此会被大量排出体外，流向地表水和地下水。据报道，土霉素生产商的废水处理厂出水中土霉素浓度范围为20-800mg/L，这会导致接收地表水中的浓度高达2.0mg/L；同时，土霉素具有较高的结构稳定性，常规水处理方法难以将其完全去除。另一方面，过氧化氢(H₂O₂)是一种很有前途的太阳能燃料，其能量(60wt.％H₂O₂，3.0MJ/L)密度高于H₂气体(35MPa，2.8MJ/L)，在工业上被广泛使用。目前，过氧化氢主要通过蒽醌法产生。然而，这种传统的过氧化氢合成工艺存在能耗高、产生有毒副产物等缺点，严重限制了它们的实际应用。

为了解决上述有机污染物废水治理和过氧化氢合成中存在问题，有学者通过高级氧化技术、电催化技术和光催化技术等进行了研究。其中，光催化技术通过吸收太阳光产生高能活性氧物质(ROS)，在能源合成、有机污染物降解、二氧化碳还原等领域受到广泛关注。然而，因为具有较宽的禁带宽度，常用光催化剂(TiO₂和ZnO)仅能吸收太阳光中的紫外光，并未充分利用太阳能。因此，开发一种高效利用太阳能的可见光催化剂是很有必要的。

三元金属硫化物(如Cd_0.5In_0.5S、Zn₃In₂S₆等)由于其独特的电子结构和较强的可见光吸收能力，在能源和环境光催化领域显示出巨大的应用前景。其中，硫化铟锌(Zn₃In₂S₆)具有适合氧化/还原反应的价/导带位置，已广泛应用于光催化领域，例如CO₂还原、醇芳烃的选择性氧化、污染物降解和制氢等。然而，单体Zn₃In₂S₆体内载流子迁移速率较慢和电子空穴复合速率较快，使其光催化性能不能满足实际要求。另外，现有硫化铟锌复合材料中，Zn₃In₂S₆通常为块状结构，不利于表面活性位点的暴露以及对入射光的吸收，这在一定程度上限制了基于Zn₃In₂S₆复合材料的广泛应用。

因此，针对硫化铟锌(Zn₃In₂S₆)在实际应用中的不足，开发出了一种具有可见光吸收能力强、暴露活性位点多、光生电子空穴分离速率高、光催化性能优异的新型的氮化硼/硫化铟锌复合光催化剂，通过探究其在抗生素去除和过氧化氢合成中的性能，加速光催化技术在水污染治理和能源合成领域中的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可见光吸收能力强、暴露活性位点多、光生电子空穴分离速率高、光催化性能优异的氮化硼/硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法和应用。