一种Fe2O3基光催化复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种Fe2O3基光催化复合材料及其制备方法。本发明专利技术基于CQDs具有优异的储存电子能力、上转换荧光性能且能够在材料表面形成水溶性保护，Fe2O3具备优异的电子传输性，利用CQDs水溶液进行产品后处理，进一步在Fe2O3表面形成了稳定的CQDs保护、荧光转换层，同时有利于提高复合材料在光催化反应过程中的载流子分离、传输，减少载流子的分离后的再复合率，两者协同作用可以在可见光下高效降解染料甲基橙。渐进式加热方式进行高压水热反应形成均匀复合的Fe2O3‑CQDs复合材料。

Fe2O3 based photocatalytic composite material and preparation method thereof

The invention provides a Fe2O3 based photocatalytic composite material and a preparation method thereof. The invention has excellent storage electronic ability, upconversion fluorescence performance and can form water soluble protection on the surface of material based on CQDs. Fe2O3 has excellent electronic transmission, and the CQDs water solution is used to post product post-processing. The stable CQDs protection, fluorescent conversion layer on the surface of Fe2O3 is further formed, and it is beneficial to improve the quality of the product. The carrier separation and transmission of the composites during the photocatalytic reaction reduces the recombination rate after the separation of the carrier, and the synergistic action of the composite can effectively degrade the dye methyl orange under visible light. Fe2O3 CQDs composites were formed by progressive hydrothermal reaction under high pressure and hydrothermal reaction.

【技术实现步骤摘要】
一种Fe2O3基光催化复合材料及其制备方法
本专利技术Fe2O3基复合材料制备
，特别是涉及一种Fe2O3-碳量子点(CQDs)碳基半导体复合材料及其制备方法。
技术介绍
光催化技术以其绿色可持续性，在环境污染治理等方面引起了科学家们的广泛关注；但是许多光催化材料的禁带宽度大、紫外光区响应已经大大阻碍了其发展，无法达到大规模应用的目的，因此开发新型高效可见光响应的光催化剂具有重大的现实意义。碳量子点(CQDs)是碳纳米材料家族中的新成员，具有无毒、高荧光量子产率、良好生物相容性以及高的光、化学稳定性等，可用于生物传感、生物成像、环境检测、光催化以及药物载体等诸多领域。[Angew.Chem.Int.Ed,2010,49,6726-6244；Chem.Comm.2012,48.3686-3705；]。Fe2O3是一种具有较窄带隙、来源丰富、良好的环境稳定性而且存在多种晶体类型的n型半导体材料。然而，纯的Fe2O3表面上的活性位点较少且易团聚，电子-空穴对的复合率高，往往限制Fe2O3在光催化领域的广泛应用。因此，人们期望控制合成不同形貌的Fe2O3以及对Fe2O3进行掺杂、复合以构建P-N结来提高Fe2O3的光电化学性能。据我们所知，目前没有报道利用CQDs水溶液参与反应以及后处理产品设计合成Fe2O3-CQDs半导体复合材料并应用于可见光下催化降解有机染料的。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，设计提供一种Fe2O3基半导体复合材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提出的一种Fe2O3基光催化复合材料及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将氯化铁、CQDs水溶液、尿素和水混合，转移至内衬四氟乙烯的反应釜中进行水热反应；水热反应结束后，利用CQDs水溶液对产物进行后处理，得到Fe2O3-CQDs复合材料。优选的，所述利用CQDs水溶液对产物进行后处理的具体步骤为按照固液比1g：10ml将水热反应后的固体产物放入含量为5mg-10mg/ml的CQDs水溶液中，然后在80-90℃下剧烈搅拌1-3h，洗涤、干燥。优选的，氯化铁、CQDs水溶液、尿素和水的固液质量比为1g：15-20ml：0.2-0.5g：20-30ml，所述碳量子点水溶液含量为1mg-10mg/ml。优选的，所述水热反应具体步骤为以3-5℃/min升温至80-100℃,保持1-2h,接着以8-10℃/min快速升温至250-270℃,保持40-60min,最后冷却至室温。优选的，所述干燥条件为在50℃下真空干燥12h。优选的，所述碳量子点的制备方法为将石墨棒放入水中，在30V下连续电解120h，经过滤、洗涤获得的。本专利技术还提供了一种Fe2O3基光催化复合材料，所述复合材料为采用上述方法制备形成的。本专利技术基于CQDs具有优异的储存电子能力、上转换荧光性能且能够在材料表面形成水溶性保护，Fe2O3具备优异的电子传输性，利用CQDs水溶液进行产品后处理，进一步在Fe2O3表面形成了稳定的CQDs保护、荧光转换层，同时有利于提高复合材料在光催化反应过程中的载流子分离、传输，减少载流子的分离后的再复合率，两者协同作用可以在可见光下高效降解染料甲基橙(MO)，MO在8min内被降解完全，20次重复循环降解，MO均在8-10min内被降解完全，光催化性能稳定。且制备方法简单，价格便宜，具有溶液可处理性。此外，本专利技术的制备方法与现有技术相比还具有下列优点：(1)在水热原位反应生成氧化铁时以CQDs水溶液作为部分溶剂参与反应，可以避免氧化铁纳米结构在制备过程中团聚，一步原位合成Fe2O3-CQDs光催化复合材料，使得CQDs深入材料粒子内部，两者均匀复合；其后利用CQDs水溶液对水热反应后的产物进一步进行后处理，使得CQDs均匀包袱在复合材料表面，形成稳定的CQDs保护、荧光转换层，得到最终光催化性能优异、稳定的产品。(2)基于Fe2O3在水热下的生成反应较快，利用渐进式加热方式进行水热反应，且在较低温度使得Fe、碳量子点等原料均匀分散，之后进行快速升温、适度保温反应最终形成均匀复合的复合材料。(3)水热反应温和，且能确保得到的粒子粒度均匀。(4)本专利技术的制备过程简单，降低了生产能耗，易于工业化生产。具体实施方式实施例1：一种Fe2O3基光催化复合材料的制备方法，具体步骤如下：(1)将氯化铁、CQDs水溶液、尿素和水的按照固液质量比为1g：18ml：0.4g：25ml，所述碳量子点水溶液含量为5mg/ml混合均匀；(2)将上述溶液转移至内衬四氟乙烯的反应釜中进行水热反应，反应具体步骤为以4℃/min升温至90℃,保持1.5h,接着以9℃/min快速升温至260℃,保持50min,最后冷却至室温；(3)利用CQDs水溶液对产物进行后处理的具体步骤为按照固液比1g：10ml将水热反应后的固体产物放入含量为7mg/ml的CQDs水溶液中，然后在85℃下剧烈搅拌2h。(4)将搅拌后的产物洗涤、50℃下真空干燥12h，即得Fe2O3-CQDs可见光催化复合材料。所述碳量子点的制备方法为将石墨棒放入水中，在30V下连续电解120h，经过滤、洗涤获得的。将上述步骤(1)中的混合溶液原料不加入CQDs水溶液，也不进行步骤(3)的CQDs后处理，进行同样的制备反应，即得纯净的Fe2O3材料。可见光催化降解甲基橙的试验方法：用150W的氙灯作为光源，用λ<420nm的滤光片来获得可见光。将0.2g光催化剂(Fe2O3-CQDs、Fe2O3)分散在100mL含有60ppm甲基橙(MO)的水溶液中，该溶液在黑暗中持续搅拌1h，确保吸附和脱附平衡。反应过程中边搅拌，边用光照射，每隔相应的时间取3mL样品在紫外分光光度计下进行测试，检测MO的浓度。经检测发现，在可见光照射下，以Fe2O3作为光催化剂MO在120min内被降解完全，然而，当以Fe2O3-CQDs复合材料作为光催化剂时，MO在8min内被降解完全。另一方面，除了光催化效率，光催化剂的稳定性也是很重要的，因此我们研究了Fe2O3-CQDs作为光催化剂20次重复循环降解MO，均在8-10min内被降解完全(如表1)，复合材料光催化性能稳定。表1实施例1得到的复合材料在可见光照射下重复循环降解MO所需时间实施例2：一种Fe2O3基光催化复合材料的制备方法，具体步骤如下：(1)将氯化铁、CQDs水溶液、尿素和水的按照固液质量比为1g：15ml：0.2g：20ml，所述碳量子点水溶液含量为1mg/ml混合均匀；(2)将上述溶液转移至内衬四氟乙烯的反应釜中进行水热反应，反应具体步骤为以3℃/min升温至80℃,保持1h,接着以8℃/min快速升温至250℃,保持40min,最后冷却至室温；(3)利用CQDs水溶液对产物进行后处理的具体步骤为按照固液比1g：10ml将水热反应后的固体产物放入含量为5mg/ml的CQDs水溶液中，然后在80℃下剧烈搅拌1h。(4)将搅拌后的产物洗涤、50℃下真空干燥12h，即得Fe2O3-CQDs可见光催化复合材料。所述碳量子点的制备方法为将石墨棒放入水中，在30V下连续电解120h，经过滤、洗涤获得的。利用实施例1的方式进行染料甲基橙的光催化降解，经检测发现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Fe2O3基光催化复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将氯化铁、CQDs水溶液、尿素和水混合，转移至内衬四氟乙烯的反应釜中进行水热反应；水热反应结束后，利用CQDs水溶液对产物进行后处理，得到Fe2O3‑CQDs复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种Fe2O3基光催化复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将氯化铁、CQDs水溶液、尿素和水混合，转移至内衬四氟乙烯的反应釜中进行水热反应；水热反应结束后，利用CQDs水溶液对产物进行后处理，得到Fe2O3-CQDs复合材料。2.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述利用CQDs水溶液对产物进行后处理的具体步骤为按照固液比1g：10ml将水热反应后的固体产物放入含量为5mg-10mg/ml的CQDs水溶液中，然后在80-90℃下剧烈搅拌1-3h，洗涤、干燥。3.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：氯化铁、CQDs水溶液、尿素和水的固液质量比为1g：15-20ml：0.2-0...

【专利技术属性】
技术研发人员：于香斌，
申请(专利权)人：苏州宝澜环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32