一种复合光催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供一种复合光催化剂，其包括多个纳米马达复合结构，该纳米马达复合结构包括一纳米马达及设置在所述纳米马达内的多个助催化剂，所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔，所述助催化剂位于所述纳米空腔内，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。本发明专利技术还提供一种上述复合光催化剂的制备方法和应用。上述纳米马达复合结构中的助催化剂可与所述光催化剂形成较好的协同效应，大大增强光催化剂的催化活性，从而使得所述复合光催化剂可以高效地降解有机物。

Composite photocatalyst and preparation method and application thereof

The invention provides a composite photocatalyst, which comprises a plurality of nano composite motor structure, the nano composite nano motor structure comprises a motor and is provided with a plurality of cocatalyst on the nanoparticles within the motor, the motor comprises a nano porous material form the shell, the photocatalyst is formed between the core and shell and kernel nano the cavity, the catalyst in the nano cavity, wherein the catalyst includes transition metal nanoparticles, metal oxide nanoparticles and upconversion materials nanoparticles. The invention also provides a preparation method and application of the composite photocatalyst. The catalyst of the nano composite structure of the motor and the photocatalyst to form good synergistic effect, greatly enhance the photocatalytic activity, so that the composite photocatalyst can efficiently degrade organic compounds.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米马达材料科学领域，尤其涉及一种复合光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
19世纪以来，人类文明在很大程度上以先进机器为标志，而现代机器制造始于热机等动力机器的专利技术和由此引发的伟大工业革命。构建更复杂的机器在微米级甚至纳米级运作是方兴未艾的纳米科学的最终目标。这一梦想的实现，可能触发新一轮的产业革命，给人类社会带来深刻而巨大的影响。纳米马达是一种纳米尺度的助力机器，是纳米世界机器化的先导，其重要性可类比于蒸汽机在工业革命中的地位。直到Whitesides等人发现了第一个合成的催化电机，其能够将化学能转化为自身动能。然而，与在技术的各个方面都几乎根深蒂固的宏观电机的多样性相比，人造纳米马达仍处于起步阶段。如何构建更复杂的纳米马达来完成更复杂的工作，仍然是研究人员一大挑战。近年来，自动微型马达在生物医学领域的应用取得了很大的进步，将能源转换为机械运动来推动其定向运动，这给予了微纳米机器人的发展前景以希望。在这方面，人们一直致力于纳米马达的制造，让马达可以通过不同的机制被推进，例如自电泳、扩散电游、气泡推进和外部刺激(如光、超声电磁场和本地电场等)等。这导致了各种纳米马达的出现，如纳米线、棒、球形Janus微型马达和管状微射流，其已被用来检测离子、生物成像、操纵药物递送与细胞分离和细胞内推进。生物医药除外，纳米马达还有一些意料之外的应用和技术。最近，纳米马达也能在环境领域得到应用，在污染物溶液中运动，执行需要的感测和清理活动。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种复合光催化剂及其制备方法和应用，以解决上述问题。一种复合光催化剂，其包括多个纳米马达复合结构，该纳米马达复合结构包括一纳米马达及设置在所述纳米马达内的多个助催化剂，所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔，所述助催化剂位于所述纳米空腔内，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。其中，所述多个助催化剂设置在所述光催化剂的外表面并位于所述多孔材料与所述光催化剂之间的纳米空腔内。所述多个助催化剂在所述纳米空腔中相互间隔设置。即，所述多个助催化剂在所述纳米空腔中彼此分散设置，具有三维结构和高结晶度。所述助催化剂的形态可为颗粒状或者枝状。其中，颗粒结晶状的助催化剂是由多个助催化剂纳米粒子堆积形成的立体块状结构。枝状的助催化剂是由多个助催化剂纳米粒子堆积形成的树枝状结构。所述过渡金属纳米粒子包括铂金属纳米粒子、金金属纳米粒子、钯金属纳米粒子或银纳米粒子，所述金属氧化物纳米粒子包括氧化锌纳米粒子或氧化亚铜纳米粒子，所述上转换材料纳米粒子包括镱铒双掺杂NaYF4纳米粒子、铥掺杂NaGdF4纳米粒子或钬掺杂NaGdF4纳米粒子。所述多孔材料的材料种类不限，只要所述多孔材料具有多个孔即可。所述多孔材料可为多孔二氧化硅、玻璃多孔材料、铝磷酸盐多孔材料等。所述多孔材料设置有多个孔，所述孔的孔径小于所述光催化剂的粒径。所述孔作为所述多孔材料的纳米空腔与外界连接的通道。优选地，所述孔的孔径大于0且小于10nm。可以理解，所述助催化剂的粒径不做限定，可以小于所述孔的孔径，也可大于所述孔的孔径。优选的，所述助催化剂的粒径大于所述孔的孔径。所述纳米马达为单核纳米马达或多核纳米马达。其中，所述单核纳米马达是仅包括一个光催化剂内核的纳米马达；所述多核纳米马达是包括多个分散的光催化剂内核的纳米马达。所述纳米马达的形状不限，可包括球形、管形、棒形、线形、方块形、多边形、针状、立体状或者无规则形。所述“无规则形”是指该多个纳米马达的形状及尺寸大小不一，没有特定的规律。所述光催化剂的材料主要包括以下几类：(1)金属氧化物：如TiO2、ZnO、WO3、Fe3O4、Bi2O3、BiOBr、BiOI、SnO2、Cu2O、Nb2O5、Ta2O5、CdS、CdSe、CdTe等；(2)金属氮化物：如GaN、Ta3N5、TaON、C3N4等；(3)金属硫化物：如CdS、ZnS、PbS、MoS2、CuInS2、AgInS2、CdS、ZnIn2S4等；(4)其他类型化合物及复合物：如GaP、SiC、LaTiON、Sm2Ti2S2O5等；(5)酸盐：钛酸盐，如SrTiO3；锗酸盐，如Zn2GeO4；铌酸盐，如KCa2Nb3O10、HCa2Nb3O10、TiNbO5等；钒酸盐，如BiVO4、YVO4等；鎵酸盐(Ga3+)；钽酸盐，如Ba5Ta4O15；锑酸盐(Sb5+)；铋酸盐，如CaBi2O4；(6)阳离子具有d0和d10电子构型的复合金属氧化物：如NiOx/In1-xNix、TaO4等；(7)一系列Ag系化合物：如Ag2O、AgCl、AgBr、AgI、AgInZn7S9、β-AgAlO2、β-AgGaO2、β-AgInO2、α-AgAlO2、α-AgGaO2、α-AgInO2、Ag3PO4、AgCrO2、Ag2CrO4、AgAlO2、AgNbO3等；(8)铋系、銦系：如InVO4、InNbO4、InTaO4、BiNbO4、BiTaO4等；(9)复合物：如(ZnO)x(GaN)1-x、NaNbO3-AgNbO3、BiTa1-xNbxO4、Sr2NbxTa2-xO7、Sr1-xCaxIn2O4、Ba1-xSrxSnO3、Ca1-xBixVxMo1-xO4、(AgNbO3)1-x(SrTiO3)x、KCa2Nb3O10、Ba5Ta4O15和HCa2Nb3O10等。(10)上述(1)-(9)类半导体光催化纳米核材料的相互掺杂：如，MoS2/CdS、CdS@CdSe/ZnO、CdSe/TiO2-xNx、Fe3O4/WO3、TaON/WO3、SrTiO3/BiVO4等；(11)使用过渡金属阳离子掺杂上述(1)-(9)半导体光催化纳米核材料：包括3d过渡金属、贵金属、稀土金属在内的能够生成纳米金属单质或者纳米金属氧化物的材料，如Zn-Lu2O3/Ga2O3、Cr-Ba2In2O5/In2O3、Cu2O/WO3、Pt/TiO2、Au/TiO2等；(12)阴离子掺杂：使用C、N、P、S、F掺杂上述(1)-(9)半导体光催化纳米核材料，如N-TiO2。优选地，所述光催化剂可为二氧化钛。所述二氧化钛的形状不限，可以为颗粒状、梭形、棒形、菱形、正四边形、狗骨头形或无规则形。本专利技术还提供一种上述复合光催化剂的制备方法，其包括以下步骤：提供一种纳米马达，所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔；提供一助催化剂前驱液，且所述助催化剂前驱液包括助催化剂前驱体；将所述纳米马达置于所述助催化剂前驱液中，使所述助催化剂前驱液进入所述纳米马达的纳米空腔内，得到胶囊混合液；通过光照射所述胶囊混合液，使所述助催化剂前驱体发生反应而在所述纳米空腔形成多个助催化剂，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。当所述纳米马达包括二氧化钛内核和多孔二氧化硅外壳时，所述纳米马达的制备方法如下：先提供多个二氧化钛内核，再在该多个二氧化钛内核上依次包覆碳层和二氧化钛层，得到一二氧化钛@碳@二氧化硅核壳结构，然后再去除所述二氧化钛@碳@二氧化硅核壳结构中的碳层，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合光催化剂，其特征在于，其包括多个纳米马达复合结构，该纳米马达复合结构包括一纳米马达及设置在所述纳米马达内的多个助催化剂，所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔，所述助催化剂位于所述纳米空腔内，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。

【技术特征摘要】
1.一种复合光催化剂，其特征在于，其包括多个纳米马达复合结构，该纳米马达复合结构包括一纳米马达及设置在所述纳米马达内的多个助催化剂，所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔，所述助催化剂位于所述纳米空腔内，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。2.如权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述多个助催化剂设置在所述光催化剂的外表面并位于所述多孔材料与所述光催化剂之间的纳米空腔内。3.如权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述助催化剂为颗粒结晶状或者枝状。4.如权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述过渡金属纳米粒子包括铂金属纳米粒子、金金属纳米粒子、钯金属纳米粒子或银纳米粒子，所述金属氧化物纳米粒子包括氧化锌纳米粒子或氧化亚铜纳米粒子，所述上转换材料纳米粒子包括镱铒双掺杂NaYF4纳米粒子、铥掺杂NaGdF4纳米粒子或钬掺杂NaGdF4纳米粒子。5.如权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述多孔材料为多孔二氧化硅、玻璃多孔材料、铝磷酸盐多孔材料中的至少一种。6.如权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述纳米马达为单核纳米马达或多核纳米马达。7.如权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述多孔材料具有多个孔，所述孔的孔径小于所述光催化剂的粒径。8.如权利要求7所述的复合光催化剂，其特征在于，所述孔的平均孔径小于10nm。9.如权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述光催化剂的材料选自TiO2、ZnO、WO3、Fe3O4、Bi2O3、BiOBr、BiOI、SnO2、Cu2O、Nb2O5、Ta2O5、CdS、CdSe、CdTe、GaN、Ta3N5、TaON、C3N4、CdS、ZnS、PbS、MoS2、CuInS2、AgInS2、CdS、ZnIn2S4、GaP、SiC、LaTiON、Sm2Ti2S2O5、钛酸盐、锗酸盐、铌酸盐、钒酸盐、鎵酸盐、钽酸盐、锑酸盐、铋酸盐、NiOx/In1-xNix、TaO4、Ag2O、AgCl、AgBr、AgI、AgInZn7S9、β-AgAlO2、β-AgGaO2、β-AgInO2、α-AgAlO2、α-AgGaO2、α-AgInO2、Ag3PO4、AgCrO2、Ag2CrO4、AgAlO2、AgNbO3、InVO4、InNbO4、InTaO4、BiNbO4、BiTaO4、(ZnO)x(GaN)1-x、NaNbO3-AgNbO3、BiTa1-xNbxO4、Sr2NbxTa2-xO7、Sr1-xCaxIn2O4、Ba1-xSrxSnO3、Ca1-xBixVxMo1-xO4、(AgNbO3)1-x(SrTiO3)x、KCa2Nb3O10、Ba5Ta4O15和HCa2Nb3O10中的一种、多种的相互掺杂、过渡金属阳离子掺杂或阴离子掺杂。10.一种复合光催化剂的制备方法，其包括以下步骤：提供一种纳米马达，所述纳米马达包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晟，王騊，欧阳申珅，
申请(专利权)人：杭州同净环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33