[发明专利]高效可见光驱动复合纳米催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种高效可见光驱动复合纳米催化剂，还公开了一种高效可见光驱动复合纳米催化剂的制备方法，以模板法脉冲电沉积技术为手段，借助不同孔径的PC膜作为纳米线的生长模板，在不同配比的络合剂中，脉冲电沉积目标金属材料，完成纳米线成长，将模板移除后，氯化纳米线，在纳米线表面形成AgCl外壳，最终得到可磁性分离的复合纳米催化剂，还提供一种高效可见光驱动复合纳米催化剂在三价砷预氧化、降解有机物、杀菌处理领域中的用途。本发明借助零价铁的顺磁性，合成磁性光催化纳米材料，克服铁氧化物磁性纳米材料易自团聚的缺点。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域。更具体地说，本发明涉及一种高效可见光驱动复合纳米催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

近年来，光催化作为一项绿色技术成为当今能源和环境领域的研究热点。Ag/AgX(X＝卤族元素，Cl，Br，I)光催化剂因贵金属等离子体共振效应而具有良好的可见光吸收，克服了TiO₂对太阳光利用效率低的问题，对有机物质表现出较高的光催化活性，近年来已成为可见光催化材料研究的新主体。但由于Ag/AgX存在价格昂贵，不易与水体实现分离等问题。研究者将目光转向对可见光响应的磁性银基光催化材料的开发。磁性材料与高效光催化活性的银基光催化剂复合，既提高了催化剂在可见光下的催化活性与材料的稳定性，减少了贵金属用量，节约成本，还可以实现光催化剂从反应溶液中快速分离及回收，使得光催化技术研究取得突破性进展。目前的研究主要集中在少数几种铁氧化物磁性材料，如以Fe₃O₄、Fe₂O₃、MFe₂O₄(M＝Zn、Ni、Co、Cu)等铁氧化物纳米颗粒作为核心，包裹活性物质进一步得到核壳结构磁性纳米颗粒。合成方法单一，仅能合成颗粒形状的纳米材料，铁氧化物纳米颗粒易于自团聚，不利于材料的光催化性能。关于磁性零价铁与银基光驱动材料的复合国内外尚无研究报道。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种高效可见光驱动复合纳米催化剂，还提供一种高效可见光驱动复合纳米催化剂的制备方法，还提供一种高效可见光驱动复合纳米催化剂的用途，借助零价铁的顺磁性，合成磁性光催化纳米材料。克服铁氧化物磁性纳米材料易自团聚缺点的同时，通过外磁场，可实现该磁性光催化纳米材料的快速分离和回收再利用。可以有效降低处理成本及材料损耗，并实现可见光驱动材料的长期循环利用，减少二次污染。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高效可见光驱动复合纳米催化剂，包括金属纳米线核心以及包覆在所述金属纳米线核心上的AgX外壳，所述金属纳米线核心为Fe-Ag分节纳米线、Fe纳米线中的一种，X为Cl、Br、I中的一种。

还提供一种高效可见光驱动复合纳米催化剂的制备方法，采用模板法脉冲电沉积制备金属纳米线，移除模板后，在金属纳米线表面包覆AgCl外壳，得复合纳米催化剂。

优选的是，所述电沉积采用的电沉积液为含硫脲的Ag电沉积电解液和含柠檬酸钠的Fe电沉积电解液中的一种或两种。

优选的是，所述Ag电沉积电解液中硫脲的浓度为0.0～0.45mol/L、含银物质的浓度为2.0～7.0mmol/L；所述Fe电沉积电解液中柠檬酸钠的浓度为0.1～0.5mol/L、硫酸亚铁的浓度为0.2～0.5mol/L。

优选的是，所述电沉积采用与电化学工作站相连的三电极体系完成，以PC模板为工作电极、铂网电极作为对电极、饱和甘汞电极作为参比电极，电解池由可固定更换PC膜的聚四氟乙烯构成。

优选的是，在加入Ag电沉积电解液后，施加电沉积脉冲周期参数：t_off＝0～20s，I＝-2～0mA，t_on＝10～40s，沉积时间0～90min。