一种1D/3D分等级异质结磁性半导体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种1D/3D分等级异质结磁性半导体及其制备方法和应用，属于纳米材料光催化技术领域。所述1D/3D分等级异质结磁性半导体整体包括碳纳米管和负载在所述碳纳米管上的HPW

【技术实现步骤摘要】
一种1D/3D分等级异质结磁性半导体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料光催化
，尤其涉及一种1D/3D分等级异质结光磁性半导体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]抗生素在医疗、畜牧业、农作物生产等领域的滥用造成水土污染，严重威胁生态环境和人类健康。对抗生素污染的治理问题己成为当前环境领域亟待解决的技术难点和研究热点。
[0003]太阳能被公认为是人类可以获取的绿色、可持续的优质能源。众多研究已表明光催化技术，特别是多组分光催化复合材料，因其具有廉价、无二次污染等特点表现出显著的优越性，被视为一种全新高效的去除水中抗生素及有机物污染的技术，在有机废水末端治理方面具备巨大的应用潜力和广阔的市场前景。
[0004]磁性氧化物半导体对可见光有很强的响应，并且作为重要的磁性回收光催化剂，具有广阔的发展前景。在磁性氧化物中，由于Fe2O3纳米材料的带隙较低，能够吸收大部分可见太阳光谱(吸收边缘～600nm)，因而被广泛用于光催化领域。然而，Fe2O3的光催化性能受到电子和空穴易复合和导电性差等因素的限制，导致光辅助水氧化效率低，所需的过电位也较大，从而使光催化活性受到限制。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种1D/3D分等级异质结磁性半导体及其制备方法和应用，能够克服现有氧化铁材料中存在的光生电子
‑
空穴对易复合从而导致光催化活性差的问题，得到的1D/3D分等级异质结磁性半导体光催化活性好。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种1D/3D分等级异质结磁性半导体，包括碳纳米管和负载在所述碳纳米管上的HPW
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/Fe2O3纳米材料；所述HPW
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/Fe2O3纳米材料包括Fe2O3和固定于所述Fe2O3上的H3O
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.xH2O；所述Fe2O3为空心立方结构；所述1D/3D分等级异质结磁性半导体为仿生叶绿体结构。
[0008]优选的，所述H3O
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.xH2O与Fe2O3的摩尔比为(0.02～6)：1。
[0009]优选的，所述HPW
x
/Fe2O3纳米材料与碳纳米管的质量比为(18.6～105.3)：1。
[0010]优选的，所述碳纳米管的内径为5～12nm，外径为30～50nm，长度为10～20μm。
[0011]本专利技术提供了上述方案所述1D/3D分等级异质结磁性半导体的制备方法，包括以下步骤：
[0012]将聚乙烯吡咯烷酮、亚铁氰化钾和Keggin型磷钨酸溶解到溶剂中，得到普鲁士蓝前驱体溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮和亚铁氰化钾的质量比为(15～25)：1；
[0013]将所述普鲁士蓝前驱体溶液进行水热反应，得到HPW
x
‑
PB；所述HPW
x
‑
PB包括普鲁士蓝和H3O
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.xH2O，所述普鲁士蓝为立方体结构；
[0014]将所述HPW
x
‑
PB在含氧氛围中进行退火，得到HPW
x
/Fe2O3纳米材料；
[0015]将所述HPW
x
/Fe2O3纳米材料和碳纳米管混合，对所得混合物进行微波反应，得到1D/3D分等级异质结磁性半导体。
[0016]优选的，所述溶剂为水、乙醇、甲醇或稀盐酸。
[0017]优选的，所述水热反应的温度为80～95℃，时间为20～24h。
[0018]优选的，所述退火的温度为450～550℃，时间为3～5h。
[0019]优选的，所述微波反应的功率为240～800W，反应时间为20～180s。
[0020]本专利技术提供了上述方案所述1D/3D分等级异质结磁性半导体或上述方案所述制备方法制备得到的1D/3D分等级异质结磁性半导体在可见光催化处理有机废水中的应用。
[0021]本专利技术提供了一种1D/3D分等级异质结磁性半导体，包括碳纳米管和负载在所述碳纳米管上的HPW
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/Fe2O3纳米材料；所述HPW
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/Fe2O3纳米材料包括Fe2O3和固定于所述Fe2O3上的H3O
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.xH2O；所述Fe2O3为空心立方结构；所述1D/3D分等级异质结磁性半导体为仿生叶绿体结构。
[0022]本专利技术提供的1D/3D分等级异质结磁性半导体，通过碳纳米管(简称CNTs)独特的1D线性通道提供了电流传输的路径，促进电子的高效传输；Fe2O3为空心立方3D结构，利用H3O
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.xH2O(简称HPW
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)的Keggin单元的强电子接受性，将Keggin单元引入到Fe2O3的3D结构中，提高Fe2O3的光催化量子效率。此外，1D/3D分等级异质结磁性半导体具有仿生叶绿体结构，具体的，HPW
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/Fe2O3纳米材料代表基粒类囊体，CNTs代表基质类囊体，仿生叶绿体结构能够拓宽光的吸收范围，作为光电子传输媒介，抑制载流子的复合，转化低能光子到高能光子，提高光催化活性。
[0023]本专利技术提供了上述方案所述1D/3D分等级异质结异质结磁性半导体的制备方法，本专利技术的方法具有制备方法工艺简单，工艺成本低，且对设备要求低，能耗低的特点，非常适合规模化工业生产应用。
附图说明
[0024]图1为本专利技术制备的1D/3D分等级异质结磁性半导体具有仿生叶绿体结构的示意图；
[0025]图2为实施例2制备的HPW2/Fe2O3/CNT异质结磁性半导体的扫描电子显微镜图像；
[0026]图3为实施例2制备的HPW2/Fe2O3/CNT异质结磁性半导体的透射电子显微镜图像；
[0027]图4为实施例2制备的HPW2/Fe2O3/CNT异质结磁性半导体和对比例1制备的Fe2O3催化剂的BET吸附
‑
脱附曲线；
[0028]图5为实施例1～3制备的HPW
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/Fe2O3/CNT异质结磁性半导体和对比例2制备的Fe2O3/CNT的红外光谱图；
[0029]图6为实施例1～3制备的HPW
x
/Fe2O3/CNT异质结磁性半导体的紫外
‑
可见吸收光谱图；
[0030]图7为实施例1～3制备的HPW
x
/Fe2O3/CNT异质结磁性半导体和对比例1～2制备的光催化剂降解四环素性能图；
[0031]图8为叶绿体结构示意图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供了一种1D/3D分等级异质结磁性半导体，包括碳纳米管和负载在所述碳纳米管上的HPW
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/Fe2O3纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1D/3D分等级异质结磁性半导体，包括碳纳米管和负载在所述碳纳米管上的HPW
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/Fe2O3纳米材料；所述HPW
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/Fe2O3纳米材料包括Fe2O3和固定于所述Fe2O3上的H3O
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.xH2O；所述Fe2O3为空心立方结构；所述1D/3D分等级异质结磁性半导体为仿生叶绿体结构。2.根据权利要求1所述的1D/3D分等级异质结磁性半导体，其特征在于，所述H3O
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.xH2O与Fe2O3的摩尔比为(0.02～6)：1。3.根据权利要求1或2所述的1D/3D分等级异质结磁性半导体，其特征在于，所述HPW
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/Fe2O3纳米材料与碳纳米管的质量比为(18.6～105.3)：1。4.根据权利要求1所述的1D/3D分等级异质结磁性半导体，其特征在于，所述碳纳米管的内径为5～12nm，外径为30～50nm，长度为10～20μm。5.权利要求1～4任一项所述1D/3D分等级异质结磁性半导体的制备方法，包括以下步骤：将聚乙烯吡咯烷酮、亚铁氰化钾和Keggin型磷钨酸溶解到溶剂中，得到普鲁士蓝前驱体溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮和亚铁氰化钾的质量比为(15...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世熙，孙彭亮，曹秋娥，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：