一种异电荷-双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂及其制备方法和运用技术

本发明专利技术公开了一种异电荷

【技术实现步骤摘要】
一种异电荷
‑
双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂及其制备方法和运用


[0001]本专利技术涉及催化材料
，特别涉及一种异电荷
‑
双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂及其制备方法和运用。

技术介绍

[0002]随着能源化工行业和社会经济的发展，空气污染已被认为是人类健康的第四大环境威胁。其中，挥发性有机化合物(VOCs)是颗粒物(PM)的前体，过量排放VOCs会诱发雾霾天气，破坏臭氧层，造成温室效应，会引起严重的环境问题。而甲苯是一种较为常见的VOCs，且人类长期处于含甲苯的环境中容易损害肝脏和神经系统，甚至致癌、致畸。因此，开发绿色、环保和高效的降解甲苯催化剂已成为研究热点。目前去除甲苯的方法有膜分离、焚烧、吸附和生物降解等，但这些方法存在移除效率低、能源成本高或会产生二次污染等问题。采用光催化氧化技术，可以高效、环保的去除甲苯，因此迫切需要开发新型光催化剂来降解具有持久稳定性的VOCs，以实现实际应用。
[0003]钼基氧化物主要以MoO3、MoO2和Mo9O
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为主。其中，MoO2作为一种过渡金属氧化物，具有高熔点、低电阻率、高化学稳定性，在光电致变色、电池、光电催化、超级电容器等领域显示出优越的应用价值。但未掺杂的MoO2材料是宽禁带半导体，在可见光下难激发，并且激发后存在电子和空穴扩散路径短的情况，易发生光生电子
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空穴对复合，因此在光催化氧化领域运用很少。因此，如何设计一款新型的钼基氧化物材料，提升其光催化性能，以使其更好的应用于甲苯去除，对于VOCs的高效降解相当重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种异电荷
‑
双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂及其制备方法和运用。通过Co
3+
和Cl
‑
双离子共掺杂的MoO2纳米颗粒球为类似杨桃的形状，可以为反应提供更多的反应位点，有利于甲苯矿化形成无毒的二氧化碳，实现甲苯快速、高效去除，在高效降解VOCs中具有广阔的运用前景。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]本专利技术技术方案之一：提供一种异电荷
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双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将钼网浸入过氧化氢水溶液，氧化反应后依次投加可溶性钴盐和可溶性氯盐，再进行水热反应，得到所述异电荷
‑
双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂。
[0008]优选地，所述投加可溶性钴盐和可溶性氯盐的操作具体为：加入可溶性钴盐并搅拌5～10min后，再加入可溶性氯盐并继续搅拌30～40min(钴盐和氯盐添加顺序不影响光催化剂的催化效果)。
[0009]优选地，所述可溶性钴盐为Co(NO3)3·
6H20，所述可溶性氯盐为NH4Cl。
[0010]优选地，所述钼网、Co(NO3)3·
6H20和NH4Cl的质量比为0.4～0.6:0.1～0.2:0.1～
0.2。
[0011]优选地，所述钼网与过氧化氢水溶液的质量体积比为(0.4～0.6)g:(31～36.5)mL，所述过氧化氢水溶液的体积浓度为0.82％
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1.60％；所述氧化反应的时间为15～20min。
[0012]优选地，所述钼网浸入过氧化氢水溶液前，还包括清洗步骤；所述清洗为分别用丙酮、乙醇和水依次清洗30min。
[0013]本专利技术的清洗方法可以更好的去除钼网表面的杂质和油脂。
[0014]优选地，所述水热反应的温度为180～200℃，时间为15～18h。
[0015]本专利技术技术方案之二：提供一种根据上述制备方法得到的异电荷
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双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂。
[0016]本专利技术技术方案之三：提供一种上述异电荷
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双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂在光催化降解VOCs中的运用。
[0017]优选地，所述VOCs为甲苯。
[0018]考虑到过氧化氢会影响网的刻蚀程度，因此钼网的丝径优选为0.1mm，目数优选为100目。
[0019]本专利技术的有益技术效果如下：
[0020]本专利技术用钼网、双氧水和水进行氧化反应为体系提供钼源，再添加钴和氯掺杂剂，通过控制水热法的反应温度和时间，实现了Co和Cl离子的共掺杂。本专利技术制得的异电荷
‑
双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂中，包括钼网和生长在钼网表面的Co、Cl双离子共掺杂MoO2纳米颗粒球；所述Co、Cl双离子共掺杂MoO2纳米颗粒球包括未掺杂的二氧化钼/钼材料、Co单掺杂二氧化钼/钼和Cl单掺杂二氧化钼/钼。
[0021]通过异种电荷双离子掺杂，可调控产物的能带结构，同时高度离域的正负离子可促使极化偶极子的产生，形成极化诱导内建电场；由于内建电场和本征电场的强电势差协同作用，可实现高效的双通道载流子空间分离和迁移，使得活性电子能够更大程度的产于甲苯完全矿化过程中，从而调整MoO2电子结构，减少电子和空穴复合，提高电子利用率。此外，掺杂会引入更多缺陷并暴露更多的活性位点，有利于甲苯矿化形成无毒的二氧化碳，实现甲苯快速、高效去除，并且对于苯、甲醛、环几烷等其他几种VOCs污染物也有不错的降解效果，在高效降解VOCs中具有广阔的运用前景。
[0022]本专利技术采用钼网作为基底，有效规避了传统粉体催化剂的回收难、易固化以及传统的聚合物粘合剂可能损害电子传导并覆盖活性位点等问题，同时Co
3+
和Cl
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双离子共掺杂MoO2纳米颗粒球材料为类似杨桃的形状，可以为反应提供更多的反应位点，有利于对甲苯的吸附活化。测试结果表明，本专利技术的产物具有优越的光催化性能，在50min对甲苯的降解效率可达98％。
附图说明
[0023]图1为实施例1及对比例1
‑
3产物的XRD图。
[0024]图2为实施例1产物的EDS图。
[0025]图3为实施例1产物的SEM图，其中，a、b、c、d为不同放大倍数的SEM图。
[0026]图4为所用石英反应器的照片。
[0027]图5为实施例1及对比例1
‑
3产物对甲苯的降解率曲线。
[0028]图6为实施例1及对比例1
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3产物的甲苯矿化率曲线。
[0029]图7为实施例1产物对苯、甲醛、环己烷的降解率图。
[0030]图8为实施例1产物的循环稳定性图。
具体实施方式
[0031]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。
[0032]另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异电荷
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双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将钼网浸入过氧化氢水溶液，氧化反应后投加可溶性钴盐和可溶性氯盐，再进行水热反应，得到所述异电荷
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双离子共掺杂自支撑二氧化钼/钼光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述投加可溶性钴盐和可溶性氯盐的操作具体为：加入可溶性钴盐并搅拌5～10min后，再加入可溶性氯盐并继续搅拌30～40min。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性钴盐为Co(NO3)3·
6H20，所述可溶性氯盐为NH4Cl。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钼网、Co(NO3)3·
6H20和NH4Cl的质量比为0.4～0.6:0.1～0.2:0.1～0.2。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：石梦怡，邓邦红，吴紫怡，李锦阳，杨丽霞，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：