[发明专利]一种光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种光催化剂。所述光催化剂包括CuInZnS纳米颗粒和凹凸棒石/聚合物氮化碳复合材料，所述光催化剂中CuInZnS纳米颗粒的含量为50wt%~90wt%，所述CuInZnS纳米颗粒与所述凹凸棒石/聚合物氮化碳复合材料的结合为Z型异质结，所述凹凸棒石/聚合物氮化碳复合材料中聚合物氮化碳的含量为80wt%~95wt%。现有CuInZnS/g‑C3N4异质结相比，本发明光催化剂具有更好的光催化产H₂O₂和光催化还原Cr(VI)的能力。

技术领域

本发明属于催化剂领域，具体涉及一种Z型光催化剂以及其制备方法和在光催化还原Cr(VI)和产生H₂O₂中的应用。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)作为解决能源和环境污染的理想资源之一，广泛应用于污水处理、水产养殖、制浆造纸、石油化工等领域。并且H₂O₂还可以作为清洁能源载体替代燃料电池，甚至可以代替一室电池中的H₂用于发电。此外，与清洁能源H₂相比，H₂O₂更容易储存和运输，安全性更高，因此，H₂O₂可以作为补充能源。然而，传统制备H₂O₂的蒽醌法，由于其生产线路复杂、能量输入高并且有毒副产物产生，对生态环境造成了严重的困扰。电催化制备H₂O₂也在严重的能耗和生产安全问题方面面临挑战。因此，如何绿色、环保的生产H₂O₂也成为人们研究的热点之一。

六价铬化合物属于一类致癌物，对环境具有持久危害性，且很容易被人体吸收，需要对含Cr(VI)的废水进行无害化处理，将Cr(VI)还原成低价铬是无害化处理的方式之一。

聚合物氮化碳（以下简称PCN）作为一种碳氮材料，由于其较窄的带隙和独特的结构，在制备氢气、二氧化碳转化和污染物光催化降解等方面得到了广泛的应用。

甘建昌在论文“CuInZnS/g-C₃N₄异质结的构建及其光催化性能”（湖北工业大学，2021年）中公开了选取CuInZnS与g-C₃N₄进行复合，通过精细调节两种半导体能带位置及禁带宽度，获得具有良好可见光吸收能力与能带匹配的异质结，提高可见光催化活性。本申请人对该异质结的光催化产H₂O₂和还原Cr(VI)的性能进行了测试，实际效果并不理想。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种改进的Z型光催化剂，其对还原Cr(VI)和产H₂O₂表现出优异的光催化性能。

一种光催化剂，其包括CuInZnS纳米颗粒和凹凸棒石/聚合物氮化碳复合材料，所述光催化剂中CuInZnS纳米颗粒的含量为50wt%~90wt%，优选地为65wt%~80wt%，最优选地为70wt%~75wt%，所述CuInZnS纳米颗粒与所述凹凸棒石/聚合物氮化碳复合材料的结合为Z型异质结，所述凹凸棒石/聚合物氮化碳复合材料中聚合物氮化碳的含量为80wt%~95wt%，优选地为90wt%~95wt%。

优选地，所述CuInZnS纳米颗粒中Cu、In和Zn的摩尔比为(0.025~0.1):0.2:1。

上述光催化剂的制备方法，包括将锌盐，铟盐，亚铜盐，硫化剂，以及凹凸棒石/聚合物氮化碳复合材料在水溶剂中混合后，然后在高压反应釜中加热，反应得到所述的光催化剂。

优选地，反应温度为 150~180℃，时间为6~8小时。

优选地，所述锌盐为醋酸锌，所述铟盐为醋酸铟，所述亚铜盐为氯化亚铜，所述硫化剂为硫代乙酰胺。