[发明专利]一种Fe基三元复合可见光催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Fe基三元复合可见光催化剂及制备方法和应用，(1)将2‑甲基咪唑和Fe³⁺分别分散在甲醇中，形成均匀的2‑甲基咪唑甲醇溶液和Fe³⁺的甲醇溶液，随后将2‑甲基咪唑甲醇溶液逐滴滴加至Fe³⁺的甲醇溶液中，搅拌至混合均匀，得到Fe‑2MI前驱体溶液；(2)将硅钨酸溶于甲醇中得硅钨酸甲醇溶液，然后将硅钨酸甲醇溶液加入步骤(1)得到的Fe‑2MI前驱体溶液中，搅拌至混合均匀后转移到聚四氟乙烯高压反应釜中进行溶剂热反应；(3)将溶剂热反应完成后的溶液依次经洗涤、活化、真空干燥后得到Fe₄(SiW₁₂O₄₀)₃/FeOOH/Fe‑2MI可见光催化剂。该光催化剂的制备方法简单快捷，成功率极高，原料价格低廉，合成的光催化剂具有很好的可见光响应性能。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其是可见光响应光催化材料技术领域，具体涉及一种新型Fe基复合可见光响应材料的制备方法及应用。

背景技术

近年来，全球环境受到有毒重金属的严重污染，这已经严重威胁到了人类的生命健康。对于这些含重金属的废水，由于工业生产的复杂性与不可控性，常常伴随强酸强碱条件以及混合其它有毒物质，这样形成的复合型污染物不仅更进一步增加了毒性，而且大大增加了废水处理的难度。传统方法已经很难达到污染物的完全去除，寻找一种新的材料应用于水体治理迫在眉睫。

杂多酸(POM)是一类具有良好的氧化还原催化性能和酸催化性能的双功能催化剂，具有一定的尺寸和结构，可随反应体系变化修饰架构；存在“假液相”行为，使其在催化过程中具有均相催化的特征等。然而，因为多酸易溶于水，多用作均相催化剂反应，一般以负载或对离子(Cs⁺、K⁺、NH⁴⁺等)化学沉积的方式实现均相POM的非均相化。但固化后的多酸仍然不具备很好的稳定性，且比表面积较小，难以广泛应用。

金属-有机骨架(MOFs)是由金属离子与有机配体形成的一种材料，具有较大的比表面积和可调控的孔道结构，且在催化、吸附等方面有广泛应用，引起了研究者们的关注。一方面，MOFs因其较强的吸附能力，常当作吸附剂，去除水中各种有害污染物(染料、杀虫剂等)。另一方面，研究表明，在光照下，有机桥接配体可以作为天线收获光并激活MOFs的金属节点，表明其有类似半导体的行为，这促使研究人员开发新的基于MOFs的光催化材料，利用该材料结合太阳能来降解水中的污染物。在含有Fe³⁺离子存在的溶液中加入少量碱即可形成羟基氧化铁，即FeOOH，近期研究发现其可作为可见光催化剂实现有机污染物的降解或Cr(VI)还原。

将POM与MOF材料相结合，一方面利用MOF材料易调节的孔道和相对更大的比表面积对多酸进行改性，提高多酸的稳定性和吸附能力，另一方面，由于多酸的附着也提高了MOF表面的活性位点，具有理论上更好的催化性能。进一步结合可见光响应的FeOOH，构建多元复合异质结，实现电子的阶梯传输，有利于抑制光生电子-空穴对的复合，提升光催化效率。

发明内容

本发明提供了一种一锅法制备的Fe₄(SiW₁₂O₄₀)₃/FeOOH/Fe-2MI可见光催化剂的制备方法及应用，该光催化剂的制备方法简单快捷，成功率极高，原料价格低廉，合成的光催化剂具有很好的可见光响应性能。

一种Fe基三元复合可见光催化剂，具有以式(Ⅰ)表示的结构组成：

Fe₄(SiW₁₂O₄₀)₃/FeOOH/[Fe(2-mim)₃·nH₂O] (Ⅰ)。

本发明还提供一种一锅法制备Fe基三元复合可见光催化剂的方法，包括如下步骤：