[发明专利]Fe3O4@ZnO@N-C复合光催化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种本发明公开了一种Fe₃O₄@ZnO@N‑C复合光催化材料的制备方法，以可控亚微米尺寸的Fe₃O₄磁性纳米粒子为载体，通过负载ZnO制备出Fe₃O₄@ZnO复合催化剂；利用Zn²⁺与二‑甲基咪唑之间的络合作用在Fe₃O₄@ZnO外层沉积金属有机框架材料ZIF‑8，制备出具有多重核壳结构的Fe₃O₄@ZnO@ZIF‑8复合材料；采用热处理工艺将ZIF‑8转变成ZnO和氮掺杂的碳。本发明制得的复合材料具有良好的光催化降解性能与稳定的循环使用性能，提高了回收率，降低了光生电子‑空穴对的复合。本发明制得复合材料可用于降解污水中的有机污染物，并提高光催化降解效率与循环使用率。

技术领域

本发明涉及一种复合光催化剂的制备方法，特别是涉及一种ZnO复合光催化剂的制备方法，应用于光催化材料制备工艺技术领域。

背景技术

由于制造业的快速发展，工业纺织品和化妆品中的大量有机染料被排放到河流和海洋中，这严重破坏了环境和生态平衡，因此污染物的去除变得尤为重要。1972年Nature杂志上报道了在TiO₂电极上光解水的重要科学研究，这也是光催化材料研究开始的标志。在环境化学领域，常用的无机半导体光催化材料主要包括ZnO，TiO₂，CdS，ZnS和MoS₂等。ZnO因其制备简单、无毒、化学性质稳定、低成本和高催化活性而被认为是一种很有前景的纳米材料。但纯ZnO材料带隙能较宽，达到3.2eV，只能在波长低于387nm的紫外光照射下激发产生电子-空穴对，并且光生电子-空穴对的高速复合和材料的难以回收再利用限制了它的应用。因此，人们通过复合半导体、贵重金属掺杂、不同形貌调控等方法对其改性。除此之外，还可通过将ZnO固定在具有大比表面积的载体材料上来制备复合光催化剂，以加大催化剂和反应物之间的接触面积，防止纳米颗粒的聚集。但目前的ZnO复合光催化剂的制备和重复利用还存在成本不理想、工艺较复杂、降解能力有待提高的技术问题亟待解决。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种Fe₃O₄@ZnO@N-C复合光催化材料的制备方法，Fe₃O₄是一种磁性材料，将其作为复合材料的内核，可以提高回收率，从而提高材料的循环使用性，氮掺杂的碳材料是一种多孔材料，这种多孔材料可以有效地吸附污染物分子，并且可以提供很多电子陷阱，这些电子陷阱可以使ZnO被激发产生的光沈电子很容易转移到多孔碳表面，降低光生电子-空穴对的复合，光生电子与O₂结合形成高活性的·O₂^-自由基来提高光催化降解性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Fe₃O₄@ZnO@N-C复合光催化材料的制备方法，其特征在于：以平均粒径为100～150nm的亚微米尺寸的磁性Fe₃O₄纳米粒子作为载体，通过负载ZnO制备出Fe₃O₄@ZnO复合催化剂，然后利用Zn²⁺与二-甲基咪唑之间的络合作用，在Fe₃O₄@ZnO外层沉积一层金属有机框架材料ZIF-8，制备出Fe₃O₄@ZnO@ZIF-8复合材料，最后通过热处理工艺将ZIF-8转变成ZnO和氮掺杂的碳，从而得到Fe₃O₄@ZnO@N-C复合光催化材料。

作为本发明优选的技术方案，Fe₃O₄@ZnO@N-C复合光催化材料的制备方法，步骤如下：