本發(fā)明涉及光催化，尤其涉及一種復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、復(fù)合光催化劑因其具有優(yōu)異的光催化活性、良好的穩(wěn)定性和多功能性，而被廣泛應(yīng)用于滅菌、污水治理和土壤修復(fù)等領(lǐng)域。復(fù)合光催化劑的催化活性常常受到界面載流子分離方式和分離效率的影響。常見的載流子分離方式有三種：typeⅰ、typeⅱ和s型載流子分離方式。在以上三種載流子分離方式中，s型載流子分離方式由于能夠使催化體系擁有優(yōu)異的光生載流子分離能力和強(qiáng)的氧化還原能力而備受關(guān)注。具有s型載流子分離方式的復(fù)合體系常常由還原型半導(dǎo)體和氧化型半導(dǎo)體構(gòu)成。在光照條件下，氧化型半導(dǎo)體導(dǎo)帶上的光生電子會和還原型半導(dǎo)體價帶上的空穴復(fù)合，從而將有用的光生電子和空穴分別保留在還原型半導(dǎo)體和氧化型半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶上，不僅實(shí)現(xiàn)載流子高效分離，而且使得載流子具有強(qiáng)的氧化還原能力。

2、cubi2o4是一種具有尖晶石結(jié)構(gòu)的p型還原型半導(dǎo)體材料，具有光吸收能力強(qiáng)、較窄帶隙、能帶位置適宜和物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在污染物降解等方面有廣泛的應(yīng)用。但是，單組分cubi2o4具有載流子傳輸緩慢，載流子表面復(fù)合嚴(yán)重等瓶頸問題，極大地限制了該材料的應(yīng)用。cuco2o4材料是具有尖晶石結(jié)構(gòu)的雙金屬氧化物，通常具有較高的導(dǎo)電性和催化活性；由于其帶隙位置較低，是一種較為理想的氧化型半導(dǎo)體。將還原型cubi2o4與氧化型cuco2o4耦合，有望構(gòu)建具有s型載流子分離方式的異質(zhì)催化劑，提高光催化劑的催化活性。例如現(xiàn)有技術(shù)提供了一種由還原型cubi2o4和氧化型cuwo4耦合得到的cubi2o4/cuwo4復(fù)合光催化劑，采用該復(fù)合光催化劑對鹽酸四環(huán)素進(jìn)行降解，雖然其降解率可高達(dá)90％左右，但是需要120min才能達(dá)到對鹽酸四環(huán)素的最高降解率；該復(fù)合光催化劑的催化降解效率仍然不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的復(fù)合光催化劑具有優(yōu)異的光催化活性和高催化效率。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種復(fù)合光催化劑，包括cubi2o4和原位生長在所述cubi2o4上的cuco2o4和biof。

4、優(yōu)選的，所述cubi2o4為納米棒；所述納米棒的長度為200nm～3μm，直徑為30～70nm。

5、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述復(fù)合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

6、(1)將cubi2o4與銅源、鈷源、尿素、氟化銨和溶劑混合，得到混合溶液；

7、(2)將所述步驟(1)得到的混合溶液進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，得到前驅(qū)體；

8、(3)將所述步驟(2)得到的前驅(qū)體進(jìn)行煅燒，得到復(fù)合光催化劑。

9、優(yōu)選的，所述步驟(1)中的cubi2o4、銅源、鈷源和尿素的物質(zhì)的量之比為1:(1～3):(4～6):(1～3)。

10、優(yōu)選的，所述步驟(1)中的cubi2o4的物質(zhì)的量與溶劑的體積的比為(1～5)mmol：40ml。

11、優(yōu)選的，所述步驟(1)中的混合溶液中氟化銨的濃度為5.0～30mmol/l。

12、優(yōu)選的，所述步驟(2)中溶劑熱反應(yīng)的溫度為100～180℃，溶解熱反應(yīng)的時間為2～24h。

13、優(yōu)選的，所述步驟(3)中煅燒的溫度為300～500℃，煅燒的升溫速率為1～10℃/min，煅燒的時間為0.5～8h。

14、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述復(fù)合光催化劑或上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的復(fù)合光催化劑在催化降解污水中有機(jī)污染物的應(yīng)用。

15、優(yōu)選的，所述復(fù)合光催化劑的用量為1～5g/l。

16、本發(fā)明提供了一種復(fù)合光催化劑，包括cubi2o4和原位生長在所述cubi2o4上的cuco2o4和biof。本發(fā)明通過在cubi2o4表面引入cuco2o4和biof，三種組分之間形成雙重界面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而構(gòu)建多重載離子分流通道，為光生載流子提供更多的傳輸路徑，使光生載流子能夠更快速、有效的遷移到催化劑的反應(yīng)活性位點(diǎn)，提高復(fù)合光催化劑的催化活性和催化效率；同時這些分離通道還可以增加復(fù)合光催化劑的比表面積，暴露更多的活性位點(diǎn)；多種載流子分離通道還可以避免光生載流子產(chǎn)生后的復(fù)合，進(jìn)一步提高復(fù)合光催化劑的催化性能；而且原位生長的cuco2o4和biof與cubi2o4具有更緊密的界面，使界面之間具有更強(qiáng)的相互作用，促進(jìn)載流子的高效分離，使復(fù)合光催化劑具有優(yōu)異的光催化活性和高催化效率。實(shí)施例的數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明提供的復(fù)合光催化劑對鹽酸四環(huán)素的催化降解在15min時即可達(dá)到90.3％的降解率。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合光催化劑，包括cubi2o4和原位生長在所述cubi2o4上的cuco2o4和biof。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合光催化劑，其特征在于，所述cubi2o4為納米棒；所述納米棒的長度為200nm～3μm，直徑為30～70nm。

3.權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述復(fù)合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的cubi2o4、銅源、鈷源和尿素的物質(zhì)的量之比為1:(1～3):(4～6):(1～3)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的cubi2o4的物質(zhì)的量與溶劑的體積的比為(1～5)mmol：40ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的混合溶液中氟化銨的濃度為5～30mmol/l。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中溶劑熱反應(yīng)的溫度為100～180℃，溶解熱反應(yīng)的時間為2～24h。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中煅燒的溫度為300～500℃，煅燒的升溫速率為1～10℃/min，煅燒的時間為0.5～8h。

9.權(quán)利要求1～2任意一項(xiàng)所述復(fù)合光催化劑或按照權(quán)利要求3～8任意一項(xiàng)所述制備方法制備得到的復(fù)合光催化劑在催化降解污水中有機(jī)污染物的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述復(fù)合光催化劑的用量為1～5g/l。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的復(fù)合光催化劑包括CuBi2O4和原位生長在所述CuBi2O4上的CuCo2O4和BiOF。本發(fā)明通過在CuBi2O4表面引入CuCo2O4和BiOF，三種組分之間形成雙重界面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而構(gòu)建多重載離子分流通道，提高復(fù)合光催化劑的催化活性和催化效率；同時原位生長的CuCo2O4和BiOF與CuBi2O4具有更緊密的界面，促進(jìn)載流子的高效分離，使復(fù)合光催化劑具有優(yōu)異的光催化活性和高催化效率。實(shí)施例的數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明提供的復(fù)合光催化劑對鹽酸四環(huán)素的催化降解在15min時即可達(dá)到90.3％的降解率。

技術(shù)研發(fā)人員：陳偉,林舒珍,黃國波,王凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：臺州學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17