[发明专利]一种泡沫镍复合材料及其制备方法与在光电催化去除水体污染物中的应用

说明书

本发明公开了一种泡沫镍复合材料及其制备方法与在光电催化去除水体污染物中的应用，首先通过多次电沉积法制备泡沫镍负载氧化锌复合材料（NF@ZnO），然后通过水热的方法制备泡沫镍负载氧化锌纳米片和锌铁双金属氢氧化物纳米片的复合材料（NF@ZnO@LDH）。利用该材料进行催化反应时，将其作为三电极体系中的阳极材料，在对其进行光照的同时施加一个较小的正向偏压，将复合材料在光照下激发生成的光生电子迅速转移至对电极，从而促进了光生电子和光生空穴的有效分离，而光生电子强烈的还原能力可将水体中的剧毒六价铬离子（Cr(VI)）还原成低毒的三价铬离子（Cr(III)），同时留在阳极复合催化材料表面的光生空穴可将水中有机污染物小分子氧化降解。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料及光电催化技术领域，具体涉及一种泡沫镍复合材料及其制备方法与在光电催化去除水体污染物中的应用，尤其涉及一种泡沫镍负载氧化锌和锌铁双金属氢氧化物的复合材料的制备方法及其在光电催化去除水体中污染物中的应用。

背景技术

光催化技术是通过催化剂利用光子能量，将许多需要在苛刻条件下发生的化学反应转化为在温和的环境下进行反应的先进技术。这一技术的能量来源为清洁且取之不尽的太阳光，具有经济高效、环境友好等优点。目前的研究大多采用半导体粉末悬浮体系，存在易失活、易凝聚的缺点，且反应结束后要经过过滤、离心等方法进行分离，后处理步骤复杂，费用较高，不利于实现工业化和大面积推广。因此，寻求一种结构稳定、活性较高且性能优良的负载型催化剂成为光催化领域的研究热点之一；而鉴于载体材料和催化剂材料优异的导电性，可以把制备的负载型催化剂材料直接作为电极，在进行光催化反应的同时施加一个偏压，以光电协同的催化方式进一步提高材料的光催化效率。

针对传统光催化剂，如氧化锌，在应用过程中存在表面吸附率低、禁带宽度大和难以回收等缺点；其次，光催化剂受光照射后产生的光生电子-空穴的复合概率较大，因而光子利用效率较低，光催化活性不高；对于负载型光催化反应体系，由于光的利用效率大大降低，催化活性更不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种泡沫镍负载氧化锌和锌铁双金属氢氧化物的复合材料（NF@ZnO@LDH）及其制备方法，构建可见光响应的光催化复合材料，并利用外加偏压实现光和电的协同催化，将光催化材料受光激发产生的光生电子迅速转移至对电极，从而促进了光生电子和光生空穴的有效分离，通过光和电的协同作用提高光催化氧化还原反应的效率，以实现水体中污染物的净化目的。

为了达到上述目的，本发明采用如下具体技术方案：

一种泡沫镍复合材料（NF@ZnO@LDH）的制备方法，包括以下步骤：

（1）通过电沉积法在泡沫镍表面负载氧化锌纳米片得到泡沫镍负载氧化锌复合材料（NF@ZnO）；

（2）通过水热法在泡沫镍负载氧化锌复合材料（NF@ZnO）的表面负载锌铁双金属氢氧化物纳米片得到泡沫镍负载氧化锌和锌铁双金属氢氧化物的复合材料（NF@ZnO@LDH），即所述泡沫镍复合材料。

一种光电催化去除水体中污染物的方法，包括以下步骤：

（1）通过电沉积法在泡沫镍表面负载氧化锌纳米片得到泡沫镍负载氧化锌复合材料（NF@ZnO）；

（2）通过水热法在泡沫镍负载氧化锌复合材料（NF@ZnO）的表面负载锌铁双金属氢氧化物纳米片得到泡沫镍复合材料（NF@ZnO@LDH）；

（3）将泡沫镍复合材料（NF@ZnO@LDH）置入含有污染物的水体中，光照和/或通电，完成水体中污染物的去除。