【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化领域，具体是amx2型铁电半导体复合催化组合物及其应用和降解有机污染物的方法。
技术介绍
1、光电转换器件因其利用绿色、取之不尽用之不竭的太阳能被认为是现代人类社会解决能源和环境问题的终极手段。其可以直接由光转换为电能进行储存利用，也可以利用产生的光生载流子进行催化反应，从而产生另外一个重要分支领域——光催化。经过半个世界的发展，光催化的实际应用已经拓展到相当宽广的范围：从有机污染物或抗生素的降解，到燃料生产(通过二氧化碳还原和分解水得到碳氢化合物和氢气等燃料)，再到固氮、甲烷活化等有机合成以及精细化学品生产。这些反应从本质上讲都是催化反应。
2、为了充分利用太阳光可到达地球表面的可见光及红外部分的光，人们自然选择开发半导体光催化技术。其中1972年日本科学家fujishima和honda报道在tio2光电极表面分解水制氢以来，半导体光催化技术取得了迅猛发展。目前，光催化技术已经被广泛应用于光解水制氢、有机污染物降解，重金属离子还原、二氧化碳还原以及有机物的合成等领域。
3、如图1所示，图1为光催化反应机理示意图，光催化反应大致可以分为以下步骤，首先，半导体催化剂吸收超过其禁带宽度的光子(hν>eg),使半导体价带上的电子能够跃迁到导带上，同时在价带上留下空穴；第二步是产生的电子-空穴迁移到材料表面；第三步是在满足氧化还原电位要求的情况下，迁移到表面的电子和空穴在表面引发相应的还原或氧化反应。由此可见，决定光催化反应的决定因素有(1)光吸收的效率，实现可见光的全光谱吸收是充分利用太
4、铁电半导体应运而生，首先其半导体特性决定了其全光谱吸收的特点，特别是对于带隙较小的材料，可实现全光谱吸收，甚至可利用室内的照明光源；其二是其铁电性所具有的自发极化产生的内建电场可以确保电子-空穴激子的有效分离，这强于采用异质结技术产生的内建电场，异质结中容易引进缺陷，是激子湮灭的场所，另外其制备工艺复杂也不利于其广泛应用。最后，铁电体促进电子-空穴在表面的聚集，产生的电极电势可以超越材料本身的带隙限制，进一步提升其氧化还原电位。
5、目前存在一些强的氧化还原催化剂。如一些过氧化单硫酸盐(peroxymonosulfate,hso5-,pms)和过硫酸盐(persulfate,s2o82-,ps)，其参与氧化反应的硫酸根自由基(so4·-)的优势是(1)非常高的氧化电位(e0(so4·-/so42-)＝2.5～3.1vnhe相比于e0(ho·/oh-)＝1.9～2.7vnhe)；(2)更长的寿命(so4·-的半衰期为30～40μs，是ho·半衰期(20ns)的一千多倍)；(3)可长时间稳定存在，易于保存和运输。但其局限在于需要较为苛刻的条件才能被激发，如紫外光、臭氧等，这极大地限制了其实际应用。
6、中国专利201610482121.3公开了一种利用草酸亚铁活化过硫酸盐体系修复有机物污染水体的方法，其在待修复有机物污染水体中加入草酸亚铁、过硫酸盐物质，进行有机物污染水体的修复。中国专利202311024319.3公开了一种高效处理高浓度染料废水的复合光催化剂的制备方法，通过牺牲金属有机骨架(mof)的原位酸刻蚀策略制备了2-氨基对苯二甲酸改性的tio2光催化剂(nh2bdcx-tio2)，然后通过溶剂沉积了负载碳量子点的ycqds/(nh2bdcx-tio2)复合催化剂。其具有有益的可见光响应和增强的吸附能力，并有效地增强了光生电子-空穴分离，在处理高浓度rhb溶液时表现出良好的去除效率。
7、上述现有技术虽然都能够降解污染物，但是存在以下的缺点：(1)现有的复合单一，只适合提及的两种材料复合，材料可选及复合匹配案例不足；或者复合材料的制备技术复杂，难以实现大批量制备技术，经济效益差。(2)现有技术所制备的样品的催化反应效率较低，比如草酸亚铁活化过硫酸盐对于四环素的降解反应30min只能达到27％。(3)现有技术对于铁电材料的供能都是通过光。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供了amx2型铁电半导体复合催化组合物及其应用和降解有机污染物的方法，本专利技术提供的复合催化组合物能够实现氧化还原催化反应速率的数量级增强，并具有全光谱吸收特性；应用于污染物降解中，能够在数分钟内实现高浓度有机污染物的完全降解。
2、本专利技术提供了amx2型铁电半导体复合催化组合物，包括：
3、amx2型铁电半导体和强氧化还原剂；
4、所述a为li、na、k、rb、cs、cu、ag、au、pd或tl；
5、所述m为b、al、ga、in、p、as、sb、bi、sc、y、la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu或fe；
6、所述x为o、s或se；
7、所述强氧化还原剂选自过氧硫酸盐、过氧化氢、过硫酸盐、硼酸盐或碘酸盐。
8、具体而言，本专利技术所述复合催化组合物包括浓度比例为0.2～2.0g/l：0.5～5.0mmol/l的amx2型铁电半导体和强氧化还原剂。
9、本申请专利技术人创造性地发现，利用amx2型铁电半导体的多源响应，特别是拓宽的光吸收范围及内建电场促进的电子-空穴分离及快速迁移特性作为激子引发剂，能够进一步引发寿命更长和稳定性更好的强氧化还原剂，达到现有氧化还原催化反应速率的数量级增强。
10、本专利技术所述强氧化还原剂为具有强氧化或还原性能的催化剂，具体而言选自过氧硫酸盐、过氧化氢、过硫酸盐、亚硫酸盐、硼酸盐或碘酸盐；其中过氧硫酸盐和过硫酸盐可以由axm2促进激发硫酸根自由基以提高催化效率；过氧化氢可以由axm2促进激发羟基自由基提高催化效率；而亚硫酸盐、硼酸盐或碘酸盐等则是一些基于电子还原反应的催化材料。在本专利技术的某些实施例中，所述自由基型氧化还原剂包括过氧化硫酸氢钾、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠或过氧化氢。本专利技术利用一种amx2型铁电半导体与具有强氧化或还原性能的强氧化还原剂进行复合，或者利用多种amx2型铁电半导体进行复合，均可实现相应催化反应的数量级提高，只需参考其稳定性和自由基寿命及相应电势电位即可，材料选择范围广。
11、本专利技术所述amx2型铁电半导体具有非中心对称的铅锌矿结构(空间群pna21)，所述amx2组成中，所述a为一价金属，具体而言为li、na、k、rb、cs、cu、ag、au、pd或tl；所述m为三价元素，具体而言为b、al、ga、in、p、as、sb、bi、sc、y、la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu或fe；所述x为o、s或se，优选为o。
12、本专利技术所述amx2型铁电半导体为可稳定存在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.AMX2型铁电半导体复合催化组合物，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的催化组合物，其特征在于，所述AMX2型铁电半导体和强氧化还原剂的浓度比例为0.2～2.0g/L：0.5～5.0mmol/L。
3.根据权利要求1所述的催化组合物，其特征在于，所述X为O。
4.根据权利要求3所述的催化组合物，其特征在于，所述A为Li，所述M为B、Al、Ga、In、P、As、Sb、Bi、Sc、Y、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Lu或Fe；
5.根据权利要求4所述的催化组合物，其特征在于，所述AMX2型铁电半导体为CuGaO2铁电半导体或者AgFeO2铁电半导体中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的催化组合物，其特征在于，所述强氧化还原剂选自过氧化硫酸氢钾、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠或过氧化氢。
7.权利要求1～6中任一所述的催化组合物在抗菌、空气净化、水污染治理、CO2还原、全分解水制氢或固氮反应中的应用。
8.降解有机污染物的方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求1所
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机污染物包括四环素类污染物、青霉素类污染物、β-内酰胺类污染物、有机磷类污染物、氨基甲酸酯类污染物、氨基甲酸酯类污染物、偶氮类污染物、噻嗪类污染物、三苯甲烷类污染物或酚类污染物中的至少一种。
...【技术特征摘要】
1.amx2型铁电半导体复合催化组合物，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的催化组合物，其特征在于，所述amx2型铁电半导体和强氧化还原剂的浓度比例为0.2～2.0g/l：0.5～5.0mmol/l。
3.根据权利要求1所述的催化组合物，其特征在于，所述x为o。
4.根据权利要求3所述的催化组合物，其特征在于，所述a为li，所述m为b、al、ga、in、p、as、sb、bi、sc、y、ce、pr、nd、eu、gd、tb、dy、lu或fe；
5.根据权利要求4所述的催化组合物，其特征在于，所述amx2型铁电半导体为cugao2铁电半导体或者agfeo2铁电半导体中的至少一种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘孝娟，孙一鸣，石强，赵辉，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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