一种吸收乙烯气体的光催化纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于光催化纳米材料领域，公开了一种吸收乙烯气体的光催化纳米材料及其制备方法和应用。该光催化纳米材料为钒酸铋负载在二氧化钛薄膜上的异质结结构复合材料；所述二氧化钛薄膜包括二氧化钛和导电基底。本发明专利技术的光催化纳米材料可用于水果箱的涂层材料中，用于去除乙烯气体，从而保护减慢水果成熟速度，延长水果的存放期。长水果的存放期。长水果的存放期。

【技术实现步骤摘要】
一种吸收乙烯气体的光催化纳米材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化纳米材料领域，具体地，涉及一种吸收乙烯气体的光催化纳米材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]植物在生长过程中，会产生一种叫“乙烯”的化学物质，这种化学物质可以调控植物的生长和成熟进程。据《生命时报》介绍，在植物本身还没有产生乙烯之前，如果人为地施以乙烯，植物就会做出加速生长和成熟的反应。目前，大量水果供应需装箱进行运输，然而在运输过程中，水果本身会产生乙烯气体，致使水果成熟速度加快，也导致了水果腐烂速度加快，因此，人们会使用一些缓释剂来减小水果自身乙烯的释放程度，或者通过一些吸收剂来缓解箱内水果自身产生乙烯气浓度。
[0003]钒酸铋由于高效的可见光利用效率，被大量运用在了产氧，以及在挥发性有机污染物、染料等的去除和水氧化等方面，展示了优异的活性，在光催化实用化方面表现出了巨大的潜力。但是，钒酸铋仍然存在光生载流子复合速度快，以至于其光电流未能达到理论计算值(7.5mA/cm2)。因此，目前需要针对提高钒酸铋光电转换性能进行一系列改进。二氧化钛因其光催化活性高、物理化学性质稳定、无毒等优点，成为目前应用最为广泛的光催化剂。然而，二氧化钛禁带宽度较宽，只能利用仅占太阳光比例4％
‑
5％的紫外光，加上激发产生的电子
‑
空穴复合严重，从而导致二氧化钛催化剂体系对于太阳光的利用率极低。
[0004]综上，针对目前水果采摘和运输过程中水果自身释放乙烯气体，使水果成熟速度和腐烂速加快，亟待提供一种能够对乙烯气体进行吸收且不会有污染副产物产出的纳米复合材料，从而保护减慢水果成熟速度，延长水果的存放期。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种吸收乙烯气体的光催化纳米材料及其制备方法和应用。本专利技术的光催化纳米材料可用于水果箱的涂层材料中，用于去除乙烯气体，从而保护减慢水果成熟速度，延长水果的存放期。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种吸收乙烯气体的光催化纳米材料，该光催化纳米材料为钒酸铋负载在二氧化钛薄膜上的异质结结构复合材料；所述二氧化钛薄膜包括二氧化钛和导电基底。
[0007]本专利技术第二方面提供了所述的吸收乙烯气体的光催化纳米材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0008]S1：将钛酸四丁酯水溶液依次进行加热水解和煅烧处理，得到所述二氧化钛溶液，将所述二氧化钛溶液负载在所述导电基底上，形成所述二氧化钛薄膜；
[0009]S2：分别配制硝酸铋的乙二醇溶液和十六烷基三甲基溴化铵的乙二醇溶液；
[0010]S3：将步骤S2得到的两种溶液进行均匀混合，持续搅拌至溶液澄清，得到澄清混合溶液；
[0011]S4：将步骤S3得到的澄清混合溶液和步骤S1得到的二氧化钛薄膜进行水热处理，冷却烘干，得到溴氧铋和二氧化钛薄膜；
[0012]S5：配制偏钒酸铵水溶液，将所述偏钒酸铵水溶液和经过步骤S4得到的溴氧铋和二氧化钛薄膜进行水热处理，得到所述吸收乙烯气体的光催化纳米材料。
[0013]本专利技术第三方面提供了所述的吸收乙烯气体的光催化纳米材料在制备水果箱的涂层材料中的应用。
[0014]本专利技术的技术方案具有如下有益效果：
[0015](1)本专利技术的光催化纳米材料具有廉价易得、无毒无害、绿色环保的特点。
[0016](2)本专利技术的光催化纳米材料可以作为水果箱的涂层材料或混合于水果箱的涂层材料中，用于水果箱内部，吸收水果释放出的乙烯气体，降低水果成熟速度，延长水果的存放期。
[0017]本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0018]通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0019]图1示出了本专利技术提供的一种吸收乙烯气体的光催化纳米材料的异质结结构吸收乙烯气体的原理图。(其中：Redox potential表示氧化还原电位；e
‑
表示光生电子；h
+
表示光生空穴；eV表示能量单位，代表一个电子经过1伏特电位差加速后所获得的能量；V vs RHE表示可逆氢电极)
[0020]图2示出了本专利技术提供的一种吸收乙烯气体的光催化纳米材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0021]下面将更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然以下描述了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0022]本专利技术第一方面提供了一种吸收乙烯气体的光催化纳米材料，该光催化纳米材料为钒酸铋负载在二氧化钛薄膜上的异质结结构复合材料；所述二氧化钛薄膜包括二氧化钛和导电基底。
[0023]在本专利技术中，结合钒酸铋(BiVO4)与二氧化钛(TiO2)的优势，构建异质结结构复合材料，以达到吸收去除乙烯气体的目的。具体为，如图1所示，由于二氧化钛的价带电位和导带电位都低于钒酸铋，因此，钒酸铋半导体材料上的光生电子经过太阳光激发，会迁移到二氧化钛薄膜上，反之，二氧化钛薄膜上的光生空穴经过太阳光激发，会迁移至钒酸铋上，从而形成Type II异质结结构复合材料，达到良好的光子
‑
电流转换效率，且钒酸铋与二氧化钛构建的异质结结构经过光照后释放的光生空穴具有很强的氧化性，如反应式(1)所示。钒酸铋与二氧化钛构建的异质结结构经过光照后释放的光生电子与空气中的氧气发生反应，所产生的超氧自由基也具有很强的氧化性能，如反应式(3)所示。水果释放出的乙烯气体通
过所述吸收乙烯气体的光催化纳米材料时，乙烯气体可被光生空穴和超氧自由基所氧化，形成二氧化碳和水，如反应式(2)、(4)所示，进而达到吸收乙烯气体的目的。
[0024]h
+
+H2O
→
·
OH+H
+
ꢀꢀꢀ
(1)；
[0025]·
OH+organic waste
→
CO2+H2O
ꢀꢀꢀ
(2)；
[0026]e
‑
+O2→
·
O2‑
ꢀꢀꢀ
(3)；
[0027]·
O2‑
+organic waste
→
CO2+H2O
ꢀꢀꢀ
(4)；
[0028]其中，organic waste为有机废物，本专利技术中，指的是乙烯气体。
[0029]根据本专利技术，优选地，所述钒酸铋为二维片状。
[0030]根据本专利技术，优选地，所述导电基底选自ITO、FTO、PET
‑
FTO、PET
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸收乙烯气体的光催化纳米材料，其特征在于，该光催化纳米材料为钒酸铋负载在二氧化钛薄膜上的异质结结构复合材料；所述二氧化钛薄膜包括二氧化钛和导电基底。2.根据权利要求1所述的吸收乙烯气体的光催化纳米材料，其中，所述钒酸铋为二维片状。3.根据权利要求1所述的吸收乙烯气体的光催化纳米材料，其中，所述导电基底选自ITO、FTO、PET
‑
FTO、PET
‑
ITO、碳纸、泡沫镍、铜网、金属薄膜、金属片或金属网。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的吸收乙烯气体的光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：将钛酸四丁酯水溶液依次进行加热水解和煅烧处理，得到所述二氧化钛溶液，将所述二氧化钛溶液负载在所述导电基底上，形成所述二氧化钛薄膜；S2：分别配制硝酸铋的乙二醇溶液和十六烷基三甲基溴化铵的乙二醇溶液；S3：将步骤S2得到的两种溶液进行均匀混合，持续搅拌至溶液澄清，得到澄清混合溶液；S4：将步骤S3得到的澄清混合溶液和步骤S1得到的二氧化钛薄膜进行水热处理，冷却烘干，得到溴氧铋和二氧化钛薄膜；S5：配制偏钒酸铵水溶液，将所述偏钒酸铵水溶液和经过步骤S4得到的溴氧铋和二氧化钛薄膜进行水热处理，得到所述吸收乙烯气体的光催化纳米材料。5.根据权利要求4所述的吸收乙烯气体的光催化纳米材料的制备方法，其中，在步骤S1中，所述钛酸四丁酯水溶液中的钛酸四丁酯的浓度为0.03
‑
0.05mol/L；所述加热水解处理的温度为60
‑
80℃，加热水解处理的时间为30
‑
60min，所述加热水...

【专利技术属性】
技术研发人员：何貟，李建芬，宋光森，庄坤，王春蕾，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：