一种铜基异质结催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种铜基异质结催化剂的制备方法及应用。本发明专利技术利用溶剂热法制备了具有丰富孔隙的空心球形CuCo2O4，然后以硫化钠为硫源，在水热环境中将部分CuCo2O4中的晶格氧取代，原位转化为CuCo2S4，形成界面连接紧密的CuCo2S4@CuCo2O4异质结，将其作为双功能催化剂用于光催化氧化降解DCF和还原Cr(Ⅲ)，解决了现有技术中的催化剂普遍存在的光生载流子分离效率差、光谱吸收范围窄的问题。光谱吸收范围窄的问题。光谱吸收范围窄的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基异质结催化剂及其制备方法、应用


[0001]本专利技术公开涉及半导体材料
，尤其涉及一种铜基异质结催化剂及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]由于染料、添加剂、农药、医药在工业生产、食品加工、种植、畜牧和水产养殖等领域被广泛使用，且使用过程中存在乱用、滥用现象严重，导致环境水体中有机污染物含量严重超标，这些具有较高的致畸性和致癌性的污染物通过直接接触或食物链富集进入人体后，时刻威胁着人类健康。由于大多数有机污染物具有极强的化学稳定性，在自然条件下很难发生自降解，采用生物处理和普通的物理方法处理不仅操作步骤复杂，也很难对其进行彻底分解。因此，迫切需要开发低廉、高效、绿色、环保的处理技术将高毒性、持久性有机污染物转化成无毒或低毒性物质。
[0003]太阳能作为一种清洁、可再生的自然资源，捕获并转化太阳能是解决能源危机和环境污染问题的最佳策略。其中，半导体光催化技术能够实现对太阳能的高效利用，具有对环境无二次污染，降解彻底，常温常压下反应的优势。如工业废水中常含有大量重金属离子，利用光催化反应能够将高价的Hg，Pt，Pb，Ag等重金属离子还原并沉积在催化剂的表面，既减少了重金属的污染，又可以将其进一步回收利用。环境废水中多种有机污染物(除草剂、杀虫剂、染料、抗生素、酚类等)都能利用光催化技术直接氧化分解为无毒无害的有机小分子、二氧化碳和水。含磷、含硫有机农药可以完全被无机化，生成相应的PO
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和SO
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。结构稳定的抗生素(四环素类、磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类和氯霉素类)可以被直接矿化。利用光催化技术处理染料废水能大幅降低染料的色度，使水体的透光性增加，彻底降解染料分子中的苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质。然而，随着有机污染物成分趋于复杂化，数量和种类急剧增加，降解难度显著加大，对光催化剂性能的要求越来越高。
[0004]综上，半导体光催化技术具有可直接利用太阳能、降解彻底、无二次污染、常温常压下反应的优势，在环境净化领域展现出巨大的潜力。但光催化剂作为技术的核心，依然面临光谱响应范围窄，光生载流子分离效率低的问题，导致催化剂的实际催化能力远远低于其理论值，严重制约光催化技术的规模化应用。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术公开提供了一种铜基异质结催化剂及其制备方法、应用，以解决现有催化剂普遍存在的光生载流子分离效率差、光谱吸收范围窄的问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种铜基异质结催化剂，所述催化剂为CuCo2S4@CuCo2O4复合材料。
[0007]优选地，所述CuCo2S4@CuCo2O4复合材料中，CuCo2S4与CuCo2O4的摩尔比为1:1，1:2，2:1或3:1。
[0008]第二方面，本专利技术提供了一种铜基异质结催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009]1)利用溶剂热法制备空心球形CuCo2O4；
[0010]2)以硫化钠为硫源，在水热环境中将部分CuCo2O4中的晶格氧取代，原位转化为CuCo2S4，形成界面连接紧密的CuCo2S4@CuCo2O4异质结界面催化剂；
[0011]其中硫源的加入量可控制半导体异质结中CuCo2O4和CuCo2S4的比例。
[0012]优选地，所述步骤1)制备空心球形CuCo2O4具体方法为：将丙三醇和异丙醇混合得到透明溶液；称取六水合硝酸钴、三水合硝酸铜，倒入上述透明溶液中，溶解得到粉红色溶液；将所述粉红色溶液倒入高压反应釜中180
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200℃反应8
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10h；待冷却至室温，倒掉上清液，将所得到的沉淀物放入离心管中，洗涤、干燥。
[0013]优选地，所述步骤2)具体为：制备Na2S溶液与CuCo2O4混合，搅拌后转入反应釜中，120
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140℃下反应8
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10h，冷却至室温，离心清洗，烘干；再将烘干后的样品在马弗炉中煅烧2
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3h，升温速率为3
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5℃/min，得到CuCo2S4@CuCo2O4复合材料。
[0014]第三方面，本专利技术提供了一种铜基异质结催化剂的应用，其可应用于光催化降解DCF和还原Cr(Ⅲ)中。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术提供了一种铜基异质结催化剂及其制备方法和应用，该制备方法仅通过一步硫化CuCo2O4，诱导CuCo2S4原位生长即形成具有低能垒界面的异质结半导体，且无机元素S的引入，可降低CuCo2O4的禁带宽度，拓宽其光吸收范围。上述制备方法中硫原的加入量可控制半导体异质结中CuCo2O4和CuCo2S4的比例，直接影响催化剂的性能，同时硫化反应的条件，如温度、时间，影响硫原子取代CuCo2O4中晶格氧的效率；制备出的双功能催化剂能够用于光催化降解DCF和还原Cr(Ⅲ)。
[0017]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。
附图说明
[0018]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术公开实施例提供的CuCo2O4的表征图；其中图1a
‑
1c为CuCo2O4的SEM图像，1d为CuCo2O4的EDS图像；
[0021]图2为本专利技术公开实施例提供的CuCo2O4@CuCo2O4的表征图；其中图2a
‑
2c为CuCo2O4@CuCo2O4(a、b、c)的SEM图，图2d为CuCo2O4@CuCo2O4的EDS图；
[0022]图3为本专利技术公开实施例提供的CuCo2O4、CuCo2O4@CuCo2O4的X
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射线衍射光谱图；
[0023]图4为本专利技术公开实施例提供的CuCo2O4、CuCo2S4@CuCo2O4的紫外
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可见光漫反射光谱图；
[0024]图5为本专利技术公开实施例提供的CuCo2O4、CuCo2S4@CuCo2O4的紫外
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可见光漫反射光谱图；
[0025]图6为本专利技术公开实施例提供的一种铜基异质结催化剂的催化降解效果图；其中
图6(a)为不同硫化程度催化剂对DCF催化降解效果；6(b)为不同硫化程度催化剂对Cr(VI)的光催化还原效果；
[0026]图7为本专利技术公开实施例提供的不同催化剂使用量对DCF及Cr(VI)催化降解效果图；其中图7(a)为催化剂使用量对DCF的降解效果；7(b)为不同催化剂用量对Cr(VI)的光催化还原效果。
具体实施方式
[0027]这里将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基异质结催化剂，其特征在于，所述催化剂为CuCo2S4@CuCo2O4复合材料。2.根据权利要求1所述的一种铜基异质结催化剂，其特征在于，所述CuCo2S4@CuCo2O4复合材料中，CuCo2S4与CuCo2O4的摩尔比为1:1，1:2，2:1或3:1。3.一种铜基异质结催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)利用溶剂热法制备空心球形CuCo2O4；2)以硫化钠为硫源，在水热环境中将部分CuCo2O4中的晶格氧取代，原位转化为CuCo2S4，形成界面连接紧密的CuCo2S4@CuCo2O4异质结催化剂；其中硫源的加入量可控制半导体异质结中CuCo2O4和CuCo2S4的比例，进而调控催化剂的催化性能。4.根据权利要求3所述的一种铜基异质结催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)制备空心球形CuCo2O4具体方法为：将丙三醇和异丙醇混合得到透明溶液；称取六水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琼，陈春梅，常春，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：