[发明专利]一种蜂窝状FeV2

说明书

本发明公开了一种蜂窝状FeV₂O₄复合氮化碳负载不锈钢丝网复合材料的制备方法及应用。所述方法包括以下步骤：将偏钒酸铵和五水合硝酸铋用水溶解，放入不锈钢丝网，水热反应，得到三维FeV₂O₄/不锈钢丝网；将2,4‑二氨基‑6‑苯基‑1,3,5‑三嗪和氰尿酸溶于水中，搅拌反应后将悬浊液固液分离获得白色固体，将其干燥研磨成粉末并平铺在三维FeV₂O₄/不锈钢丝网表面，然后在气体保护下，加热一段时间得到三维FeV₂O₄/g‑C₃N₄/不锈钢丝网。本发明方法有效简化工艺流程，操作过程简单，成本低廉，可行性强。本发明制备的光催化剂可以有效解决光生载流子易复合问题，非常适于产业化应用于光催化制取一氧化碳。

技术领域

本发明属于光催化材料制备技术领域，具体涉及一种蜂窝状FeV₂O₄复合氮化碳负载不锈钢丝网复合材料的制备方法及应用。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是化石能源燃烧的主要产物，其作为一种主要温室气体导致了温室效应并且由于工业化进程的不断加快，它的含量近年来持续增长。这引发了一系列气候问题，如：冰川融化、海平面上升等。因此，二氧化碳捕获和转化技术应用而生并且被认为是一种有效的方法去解决上述问题。在各种技术中，受自然界绿色植物光合作用启发的人工光合作用是一种环境友好的方法。该方法通过外界光能输入和光催化剂的催化作用得以实现，伴随着二氧化碳中 C-O键的断裂以及新化学键的形成，从而形成太阳能源。因此，光催化还原二氧化碳可以解决环境污染问题和能源短缺问题。为了实现高选择性的光催化还原二氧化碳，各种各样的半导体光催化剂近年来被调研。然而，光催化低产率和差的产物选择性一直制约着进一步发展催化剂。近期，尖晶石氧化物吸引了广泛的关注，这是由于其本身具有优异的光转化性能。基于此，尖晶石氧化物已经应用于光催化还原二氧化碳。

然而，单一的尖晶石具有快速载流子复合的致命问题，这严重的阻碍了它的光催化效率。为了解决这个问题，各种策略(如：表面敏化、金属修饰、元素掺杂和构建异质结等)已经报道来提高载流子分离效率并且提高光催化还原二氧化碳整体效率。在这些方法中，构建两种不同带隙材料的异质结是一种最有效和明智的策略，例如：尖晶石与石墨烯复合，尖晶石与石墨相氮化碳(g-C₃N₄) 复合，尖晶石与有机金属框架化合物(MOF)复合等。对于构建异质结，虽然Ⅱ型异质结和肖特基结都可以实现光生载流子的有效分离，但是它们都是以降低电子的还原电势为代价，这对于复合催化剂的整体性能极其不利。与之形成鲜明对比，全固态Z型体系不仅在空间上实现了光生载流子的有效分离，而且保留了不同催化剂组分的最大氧化还原电势。这能够实现很好的二氧化碳还原同时进行有利的氧化反应。对于Z型体系，关键是找到两种能带匹配的催化剂，并且同时满足有效和紧密的界面载流子传输。

到目前为止，在光催化领域中，FeV₂O₄还没有过多的研究。因此，对于研究 FeV₂O₄应用于光催化二氧化碳还原具有重要意义。然而，现有FeV₂O₄具有制备工艺流程复杂、造价昂贵等弊端。具体可参见Dohyung Kim,Dongyi Zhou,Songbai Hu,Dieu Hien Thi Nguyen,Nagarajan Valanoor,and Jan Seidel； Temperature-Dependent Magnetic DomainEvolution in Noncollinear Ferrimagnetic FeV₂O₄ Thin Films,ACSAppl.Electron.Mater.2019,1,817-822,doi: 10.1021/acsaelm.9b00153.