[发明专利]一种Z型纳米钒酸铜基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Z型纳米钒酸铜基复合光催化剂及其制备方法和应用。先通过水热还原构建纳米Cu₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O，再通过溶剂热还原在Cu₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O表面原位生成纳米片状Cu₂O和/或Cu量子点，得到具有Z型结构的Cu₂O/Cu₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O和/或Cu₂O/Cu/Cu₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O复合光催化剂，该复合光催化剂由于具有Z型结构有利于提高光生电子和空穴的分离效率，在可见光的响应增强，提高了光催化还原CO₂的性能，能够实现二氧化碳的高效可见光催化还原转化成甲烷和一氧化碳，具有广泛的应用前景；且该复合光催化剂制备过程简单，环保，有利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种光催化材料，具体涉及一种具有Z型纳米结构的Cu₂O/Cu₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O和Cu₂O/Cu/Cu₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O复合光催化材料，还涉及一种通过水热、溶剂热等原位还原方法可控制备具有Z型纳米结构Cu₂O/Cu₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O、Cu₂O/Cu/Cu₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O的方法，以及涉及该光催化材料在光催化还原二氧化碳中的应用，属于光催化材料制备与应用的技术领域。

背景技术

现代社会对能源的需求日益增大，而传统化石燃料正在大量消耗，排放出大量的CO₂，导致地球温室效应，进而引发全球气候变暖、南极冰川融化、全球海平面上升等一系列恶劣的环境问题。因此，环境问题和能源问题是世界各个国家所面临的两大共同难题。太阳能是一种很丰富的清洁并且可再生的能源，效仿绿色植物光合作用的光催化还原CO₂技术，能缓解能源短缺和环境污染问题，从长远角度来看，是具有实际意义和科研价值的途径之一。

纳米材料因其在催化、太阳能电池、电池、光催化、传感器等领域的广泛应用而受到广泛关注。过渡金属钒酸盐作为一类重要的材料，近年来在光学器件、催化、顺磁材料、锂电池等方面都有广泛的应用。在过渡金属一系列的钒酸盐当中，Cu₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O是一种钒铜矿和稀有的天然钒酸铜。在这个晶体细胞中，CuO₆八面体层与H₂O分子通过氢键相连，V₂O₇四面体层穿插在CuO₆八面体层中。但是其本身的因为电子和空穴易复合，光催化CO₂的性能不是很高，因此需要对其进行改性提高其性能。

目前，提高半导体催化剂的光催化活性，有许多研究采用了大量的方法进行改性。尤其是贵金属的负载可以大幅度提高的催化活性。尽管这些贵金属助催化剂取得了显著的成效，但是由于储量低很难工业化生产。因此，探索出稳定性好，可见光吸收强的的非贵金属助催化剂成为了一种趋势，吸引着越来越多的关注。

发明内容