[发明专利]具有多通道电荷转移的半导体基芬顿催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有多通道电荷转移的半导体基芬顿催化剂，其是以FeCl₃·6H₂O为铁源，在g‑C₃N₄和还原氧化石墨烯制成的复合物表面均匀生长Fe₂O₃量子点制成。本发明还提供所述具有多通道电荷转移的半导体基芬顿催化剂的制备方法和应用。本发明具有以下突出效果：(1)设计合成了一种新型的具有多通道电荷转移的g‑C₃N₄/rGO/Fe₂O₃QDs光‑芬顿催化剂，有效提高现有光‑芬顿催化剂的催化活性；(2)光生电荷可以通过多通道在界面发生转移，更好地促进Fe(III)/Fe(II)转化，提高对有机污染物的催化降解效率；(3)原料廉价、简单易得，制备过程简便、快速。

技术领域

本发明涉及芬顿催化剂技术领域，具体为一种采用双通道治愈策略来构建的具有多通道电荷转移的半导体基芬顿催化剂(g-C₃N₄/rGO/Fe₂O₃ QDs)及其制备方法和应用。

背景技术

水污染对环境和人类健康构成了巨大的威胁。有机污染物作为水体中最重要的一类污染物，具有极高的毒性、化学稳定性和潜在的致癌性。因此，对有机化合物进行高效处理已引起世界各国的广泛关注。

高级氧化法(AOPs)已广泛应用于废水中难降解有机污染物的去除。传统Fe²⁺基AOP处理过程包括以下方程：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH,k₁＝(40-80M^-1s^-1) (1)

Fe³⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·O₂H+H⁺,k₂＝(9.1×10^-7M^-1s^-1) (2)

Fe³⁺+·O₂H→Fe²⁺+O₂+H⁺,k₃＝(0.33-2.1×10⁶M^-1s^-1) (3)

显然，上述方程(2)决定了该反应的总速率。由于Fe(III)的还原速度较慢，Fe(II)快速转化为非活性Fe(III)导致的结构损伤仍然是一个巨大的挑战，限制了Fe²⁺基AOPs的催化性能。为了解决这一问题，研究者们进行了大量的尝试去改进Fe²⁺基AOPs过程。现有研究表明，半导体材料的引入(如TiO₂,BiVO₄)可以促进Fe(III)/Fe(II)的转化，在一定程度上可以提高降解效率。然而，现有技术主要集中在单电子转移，即电子从半导体的导带转移到Fe(III)物种，单一途径无法有效改善电荷分离和输送，导致Fe(III)/Fe(II)的转换效率较低。因此，迫切需要开发合适的技术来实现高效的化学结构恢复。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种利用双通道治愈新策略来构建的具有多通道电荷转移的半导体基芬顿催化剂(g-C₃N₄/rGO/Fe₂O₃ QDs)，以加快Fe(III)/Fe(II)转化，提高催化剂的催化活性。