CN117696100A - 一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117696100A CN117696100A CN202410168152.6A CN202410168152A CN117696100A CN 117696100 A CN117696100 A CN 117696100A CN 202410168152 A CN202410168152 A CN 202410168152A CN 117696100 A CN117696100 A CN 117696100A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- feooh
- heterojunction photocatalyst
- nano heterojunction
- nano
- photocatalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910002588 FeOOH Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 94
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 95
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 claims description 12
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 claims description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 12
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical group CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JZCCFEFSEZPSOG-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Cu+2].[O-]S([O-])(=O)=O JZCCFEFSEZPSOG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 3
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 claims description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 14
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 3
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002480 Cu-O Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M Superoxide Chemical compound [O-][O] OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000007646 directional migration Effects 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910052598 goethite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M hydroxy(oxo)iron Chemical compound [O][Fe]O AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M sodium;4-[[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl]benzenesulfonate Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1N=NC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
一种g‑C3N4/FeOOH/Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化剂技术领域，同时解决g‑C3N4比表面积提升以及Cu2O载流子复合效率快的技术问题，解决方案为：Cu2O微球沉积在层片状g‑C3N4的表面构成异质结的主体，FeOOH弥散分布于Cu2O和g‑C3N4之间形成三元系纳米异质结结构；在此基础上还公开了g‑C3N4/FeOOH/Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法，制得的g‑C3N4/FeOOH/Cu2O纳米异质结光催化剂在可见光下具有优异的光催化降解活性。本发明具有操作简单、降解效率高，且反应条件温和，不会产生二次污染，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及的是一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
由于各类工厂的违规排放，导致印染污水流入河流中难以自然降解，环境污染问题越来越严重。水是人类赖以生存的最根本资源，没有洁净的水资源，自然环境和谐与人类身体健康就难以保证。水体中的污染物随着工厂数量的增加和人类活动范围的扩大，正在快速进入人类日常生活环境当中。在日益健全的美好社会环境下，人们不再满足于单一的物质世界，对于居住环境的要求也越来越高。污水不仅严重影响了城市的美观，甚至在一些不知情的条件下会被摄入人体，这对身体造成严重的损害，所以污水的排放与治理也一直是国内外的关注热点。
光催化技术是一种绿色高效的高级氧化工艺，在反应过程中产生羟基自由基和超氧自由基，其可以在常温下将有机污染物降解为H2O、CO2等小分子无污染物质。
石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种无金属光催化剂，可通过尿素、三聚氰胺等含氮化合物作为前驱体通过热缩聚法制得，其带隙约为2.7eV。g-C3N4具有优异的氧化还原能力，以及价格低廉、易制备、化学性质稳定等优势。自从Wang等在Nature Materials上首次提出g-C3N4可以在可见光下光催化分解水制氢之后，g-C3N4迅速成为光催化领域的热点（XinchenWang,Kazuhiko Maeda,Arne Thomas,et al. A metal-free polymeric photocatalystfor hydrogen production from water under visible light[J]. Nature Materials,2008, 8: 76-80.）。但是由于其低电荷迁移率以及光吸收率低等缺点，严重制约着g-C3N4在光催化领域的进一步发展。
为了克服g-C3N4低电荷迁移率以及光吸收率低的不足，现有技术中引入其他物质来改善g-C3N4的光催化降解效率，例如D. Venkatesh等人通过水热法成功合成g-C3N4/ZrΟ2复合材料，g-C3N4/ZrΟ2复合材料提高了载流子的迁移速率并增大了比表面积，因此复合材料具有更高的光催化活性（D. Venkatesh,G. Deepthi,K. Girija Mangatayaru, et al.Hydrοthermal synthesis οf g-C3N4/ZrΟ2 nanοcοmpοsites fοr the phοtοcatalyticdegradatiοn οf dyes and selective sensing οf heavy metal iοns[J]. MaterialsToday: Proceedings, 2023.）。Shanshan Zhao等人通过掺杂TiO2，有效增强了g-C3N4的电荷转移效率（Shanshan Zhao,Shuo Chen,Hongtao Yu, et al. g-C3N4/TiO2 hybridphotocatalyst with wide absorption wavelength range and effectivephotogenerated charge separation[J]. Separation and Purification Technology,2012, 99: 50-54.）。Hiroki Shimamura等人通过构建异质结，提高了电荷转移率和增大比表面积，进而提高了光催化效率（Hiroki Shimamura, Trang Nakamoto, Kozo Taguchi,Methylene blue decomposition in visible light by CaTiO3/g-C3N4 nanorodsproduced by the methanol mixing method[J],Energy Reports, 2023,284-287）。
FeOOH具有高比表面积、资源丰富、价格低廉的优势，带隙约为2.7eV。FeOOH对金属离子和有机物具有较强的吸附能力，但是由于FeOOH对可见光吸收差使其在光催化领域应用不多。
Cu2O是一种P型半导体材料，带隙约为2.2eV，其易制备、在自然界中丰富存在，且因其带隙窄而被广泛应用于光催化领域。
掺杂是提高g-C3N4光催化活性的有效方法，比如采用S、C、N、P、Se等非金属元素取代g-C3N4结构单元上的C、N、H。有现有技术报道梯度硫掺杂的方法，制备了基于聚合物g-C3N4的可见光敏感型光阳极，形成逐渐变化的带隙。一方面，薄膜的可见光吸收阈值扩展到2.55eV；另一方面，通过逐渐变化的电子性质促进了电荷的分离和转移。
还有现有技术是将g-C3N4与其他材料，特别是半导体材料一起复合构成异质结提高其光催化活性的。半导体异质结是指将两种不同的半导体材料进行复合，利用两种材料不同的能带结构，在异质结界面处形成内建电场，内建电场为光生载流子在不同半导体间发生定向迁移提供驱动力，有效避免光生载流子在催化剂内部和表面的复合，实现其在复合体系内部的有效分离。已经有半导体材料，比如ZrO2,WO3,TiO2,CDs等和g-C3N4成功构建了异质结复合体系。
为解决g-C3N4和Cu2O的缺陷与不足，研究者们分别提出了增加材料比表面积、非金属元素掺杂和构建异质结等改性方法，以增加表面活性位点，拓展光吸收范围，促进光生载流子的高效分离，最终提升g-C3N4的光催化性能。然而，对于改性g-C3N4的制备，单独采用某一种改性方法，对g-C3N4光催化性能的提升都相对有限；而同时采用多种改性方法，则又会导致光催化剂的制备工艺复杂，成本高昂，不利于大规模产业化的生产与应用。因此，目前十分缺乏在简单的、容易放大和工业化的制备过程中，同步实现增加比表面积、非金属掺杂和构建异质结等多种改性策略的g-C3N4光催化材料的制备方法。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，同时解决g-C3N4比表面积提升以及Cu2O载流子复合效率快的技术问题，本发明提供一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用，本发明制备方法原料易得，工艺简单，所制得的异质结光催化剂活性高且性能稳定，能够满足工业化要求。
本发明具体通过以下技术方案予以实现：
一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其中：在所述g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂中，g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.002~0.01）；其中，Cu2O以纳米颗粒团聚形成微球状，g-C3N4呈现类石墨烯层片状，Cu2O微球沉积在层片状g-C3N4的表面构成异质结的主体，FeOOH弥散分布于Cu2O和g-C3N4之间形成三元系纳米异质结结构。g-C3N4、FeOOH、Cu2O的复合结构有效增加了g-C3N4、FeOOH、Cu2O之间的接触面积以及异质结的比表面积，堆叠形成的纳米级颗粒使异质结更加容易从液相中分离，两种微米结构相互配合，协同作用提升了g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的性能。
进一步地，所述g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的XRD特征峰满足以下条件：2θ在27.3±0.1°、36.4±0.1°、42.2±0.1°、61.2±0.1°以及73.4±0.1°有特征峰；2θ值为27.3°处的特征衍射峰对应g-C3N4的（002）晶面，36.4°、42.2°、61.2°以及73.4°处的特征衍射峰分别对应于Cu2O的（111）、（200）、（220）、（311）晶面。由于FeOOH量太少，所以在g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的XRD图谱上很弱或者消失；
所述g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂具有如下的XPS能谱特征峰：C 1s能谱具有284.7±0.05 eV和281.8±0.05eV的特征峰；O 1s能谱具有529.3±0.05eV和530.0±0.05eV的特征峰；Cu 2p能谱具有929.5±0.05eV和949.5±0.05eV的特征峰；Fe 2p能谱具有710.1±0.05eV和719.0±0.05eV的特征峰。
进一步地，所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.002~0.004）。
进一步地，所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.004~0.006）。
进一步地，所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.006~0.008）。
进一步地，所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.008~0.01）。
一种如上所述的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将g-C3N4、FeOOH以及Cu2O分散于溶剂中，超声处理15min~20min后得到混合液；
S2、将步骤S1制备的混合液放入油浴锅中加热，油浴加热温度为70℃，加热搅拌时间为2.5h~3h，直至混合液蒸干，制得g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，通过对g-C3N4、FeOOH、Cu2O材料的复合，改善单一材料低光催化活性的短板。
进一步地，以五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）为铜源，通过还原法制备Cu2O；以硫酸亚铁（FeSO4）为铁源，通过水热法制备FeOOH；以尿素为前驱体，通过热聚合法制备g-C3N4。
进一步地，在所述步骤S1中，溶剂为无水乙醇。
一种如上所述的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的应用：g-C3N4/ FeOOH/Cu2O纳米异质结光催化剂用于光催化降解甲基橙，并且降解活性物种为·OH、光生空穴及·O2 -，异质结的形成有利于光生空穴和电子的快速转移。
本发明的有益效果在于：
1）、本发明制得的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂具有优异的光催化降解活性；
2）、本发明制得的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂构成异质结，异质结的结构有利于增大比表面积。
综上所述，本发明制备的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂具有高效的光催化性能，制备本催化剂不需要特殊的原料、特殊的制备环境，易制备。其在可见光照射下、常温条件下进行反应，条件温和、易实现。
附图说明
图1是实施例1至实施例5制备的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O异质结光催化剂以及纯Cu2O的XRD对比图；
图2是实施例1制备的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O异质结光催化剂的XPS图；
图3是实施例1制备的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O异质结光催化剂的SEM图；
图4是实施例1制备的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O异质结光催化剂的TEM图；
图5是实施例1制备的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O异质结光催化剂的mapping图；
图6是实施例1至实施例5制备的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O异质结光催化剂的光催化降解甲基橙曲线。
具体实施方式
通过以下具体步骤实施例对本发明g-C3N4/ FeOOH /Cu2O异质结光催化剂的制备和应用进行详细说明。但应该理解，实施例内容是对本发明技术方案的进一步阐述和说明，并不应该理解为对本发明保护内容的限制。
本具体实施方式中：X-射线衍射（XRD）谱图采用SmartLab 9KW X射线衍射仪进行测量，辐射源是Cu Kα辐射。样品的形貌、微观结构则采用Talos 200X透射电子显微镜（TEM）和SU 8220扫描电子显微镜（SEM）进行观察。X射线光电子能谱（XPS）是在Thermo-FisherEscalab 250Xi(USA)光电子能谱仪进行测试。
实施例1
一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、以五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）为铜源，通过还原法制备Cu2O；以硫酸亚铁（FeSO4）为铁源，通过水热法制备FeOOH；以尿素为前驱体，通过热聚合法制备g-C3N4；称取1gg-C3N4、0.15g Cu2O、0.002g FeOOH依次放入40mL无水乙醇中，超声处理15min后得到混合液，混合液中三元材料充分混合；
S2、将步骤S1制备的混合液放入油浴锅中加热，油浴加热温度为70℃，加热搅拌时间为2.5h，直至混合液蒸干，制得g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂标记为V1。
图2是g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的XPS图，其中：
图2a是总谱图，可以看出g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂中有Cu、Fe、O、C、N元素的存在；
图2b是Cu 2p谱图，可以看出929.5eV和949.5eV结合能处的峰分别对应于Cu 2p3/2和Cu 2p1/2；
图2c是Fe 2p谱图，可以看出710eV和719eV结合能处的峰分别对应于Fe 2p的Fe2p3/2和Fe 2p1/2；
图2d是C 1s谱图，可以看出结合能284.7eV和281.8eV属于C 1s 的2ps C-C和C-H；
图2e是O 1s谱图，可以看出529eV处的结合能对应于O 1s的晶格氧，530eV处的结合能对应Cu-O。
图3是g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的SEM图。图中显示出典型的层片状结构，这种层状堆叠结构是g-C3N4典型的形貌特征，Cu2O颗粒沉积在层状g-C3N4的表面。
图4是g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的TEM图，其中：
图4a可以看出微球状Cu2O的存在；
图4b是复合材料的高分辨透射电镜（HRTEM）图，图4b中d=0.304nm属于Cu2O的（110）晶面， d=0.15nm属于Cu2O的（220）晶面，d=0.150nm属于FeOOH的（021）晶面。由于FeOOH的量太少，在XRD和低倍TEM图中都没有发现FeOOH；
为了证明FeOOH的存在，进一步做了如图5中图5a至图5f的mapping图，在mapping图中可以看出Fe的确存在。
实施例2
一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，本实施例2与实施例1的区别仅在于加入FeOOH的质量为0.004g，其余与实施例1相同，在此不作赘述，本实施例2制得g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂标记为V2。
实施例3
一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，本实施例3与实施例1的区别仅在于加入FeOOH的质量为0.006g，其余与实施例1相同，在此不作赘述，本实施例3制得g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂标记为V3。
实施例4
一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，本实施例4与实施例1的区别仅在于加入FeOOH的质量为0.007g，其余与实施例1相同，在此不作赘述，本实施例4制得g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂标记为V4。
实施例5
一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，本实施例5与实施例1的区别仅在于加入FeOOH的质量为0.01g，其余与实施例1相同，在此不作赘述，本实施例5制得g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂标记为V5。
图1是实施例1至实施例5中g-C3N4、 FeOOH 、Cu2O、V1、V2、V3、V4、V5的XRD衍射图。可以看出FeOOH样品在2θ值为21.23°、33.42°、36.74°和53.33°处的特征衍射峰，分别对应于针铁矿（α-FeOOH）的（110）、（130）、（111）、（221）晶面。这些衍射峰相对于Cu2O和 g-C3N4强度很低，表明FeOOH样品结晶较差并且晶格缺陷较多；g-C3N4样品在2θ值为27.3°处的特征衍射峰对应g-C3N4的（002）晶面；Cu2O样品在2θ值36.4°，42.2°，61.2°，73.4°处的特征衍射峰，分别对应于Cu2O的（111）、（200）、（220）、（311）晶面；对于V1-V5样品，XRD图谱以g-C3N4和Cu2O的特征峰为主，FeOOH的特征峰很弱，在XRD图谱中并未出现。
实施例6
一种采用本实施例1制备的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的应用：以甲基橙作为模拟污染物，g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂0.05g加入35mL甲基橙，使用氙灯作为光源，通过光催化降解甲基橙，并且降解活性物种为·OH、光生空穴及·O2 -，异质结的形成有利于光生空穴和电子的快速转移。
采用甲基橙的光催化降解作为模型反应，对制备的样品进行了可见光光催化降解活性评价。在可见光照射下，对水中模拟污染物甲基橙进行光催化降解实验，评估所制备样品的光催化活性。其中，可见光由功率为500W的氙灯提供。500W氙灯的波长在400-760nm可见光范围内。在常规的降解实验中，35mL甲基橙溶液置于石英管中，加入0.05g样品，将悬浮液置于光反应仪中暗反应搅拌30min，以达到甲基橙的吸附-解吸平衡。之后，用上述光源照射悬浮液进行光催化反应。为确定甲基橙的浓度变化，每15min将几毫升溶液取出，并通过注射器过滤（滤头孔径0.22μm），将溶液与固体催化剂分离。最后，通过测量463nm处的吸光度来确定残留甲基橙的浓度。
图6是V1、V2、V3、V4和V5样品的光催化降解活性图。在暗处理30min的吸附平衡阶段，V1-V5样品均对甲基橙有吸附效果，其中V3显示出最高的吸附性。在开灯90min后，V1在实施例中，降解效率为85.15%；V2在实施例中，降解效率为91.37%；V3在实施例中，降解效率为93.48%；V4在实施例中，降解效率为83.70%；V5在实施例中，降解效率为79.42%。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：在所述g-C3N4/ FeOOH/Cu2O纳米异质结光催化剂中，g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.002~0.01）；其中，Cu2O以纳米颗粒团聚形成微球状，g-C3N4呈现类石墨烯层片状，Cu2O微球沉积在层片状g-C3N4的表面构成异质结的主体，FeOOH弥散分布于Cu2O和g-C3N4之间形成三元系纳米异质结结构。
2.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：
所述g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的XRD特征峰满足以下条件：2θ在27.3±0.1°、36.4±0.1°、42.2±0.1°、61.2±0.1°以及73.4±0.1°有特征峰；
所述g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂具有如下的XPS能谱特征峰：C 1s能谱具有284.7±0.05 eV和281.8±0.05eV的特征峰；O 1s能谱具有529.3±0.05eV和530.0±0.05eV的特征峰；Cu 2p能谱具有929.5±0.05eV和949.5±0.05eV的特征峰；Fe 2p能谱具有710.1±0.05eV和719.0±0.05eV的特征峰。
3.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.002~0.004）。
4.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.004~0.006）。
5.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.006~0.008）。
6.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.008~0.01）。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将g-C3N4、FeOOH以及Cu2O分散于溶剂中，超声处理15min~20min后得到混合液；
S2、将步骤S1制备的混合液放入油浴锅中加热，油浴加热温度为70℃，加热搅拌时间为2.5h~3h，直至混合液蒸干，制得g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂。
8.根据权利要求7所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：以五水硫酸铜为铜源，通过还原法制备Cu2O；以硫酸亚铁为铁源，通过水热法制备FeOOH；以尿素为前驱体，通过热聚合法制备g-C3N4。
9.根据权利要求7所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1中，溶剂为无水乙醇。
10.一种如权利要求1~6任一项所述的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的应用，其特征在于：g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂用于光催化降解甲基橙，并且降解活性物种为·OH、光生空穴及·O2 -。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410168152.6A CN117696100B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410168152.6A CN117696100B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117696100A true CN117696100A (zh) | 2024-03-15 |
| CN117696100B CN117696100B (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=90144721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410168152.6A Active CN117696100B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117696100B (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130156682A1 (en) * | 2010-08-26 | 2013-06-20 | M. Technique Co., Ltd. | Method for producing isolatable oxide microparticles or hydroxide microparticles |
| CN104888832A (zh) * | 2015-05-15 | 2015-09-09 | 武汉理工大学 | 一种金属/金属氧化物/g-C3N4复合光催化材料及其制备方法 |
| CN105032468A (zh) * | 2015-08-03 | 2015-11-11 | 中南大学 | 一种Cu2O-TiO2/g-C3N4三元复合物及其制备和应用方法 |
| CN107088434A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-08-25 | 武汉纺织大学 | 一种g‑C3N4‑Cu2O催化剂的制备方法及其应用 |
| WO2018082175A1 (zh) * | 2016-11-07 | 2018-05-11 | 杭州同净环境科技有限公司 | 一种复合光催化剂及其制备方法、应用 |
| CN108339560A (zh) * | 2017-04-01 | 2018-07-31 | 济南大学 | 一种无定形FeOOHg-C3N4复合纳米材料及其制备方法与应用 |
| CN109647487A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-19 | 三峡大学 | p-n结结构的Cu2O@g-C3N4纳米复合材料，合成制备方法及其应用 |
| CN109772355A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-05-21 | 辽宁石油化工大学 | 非晶羟基氧化铁/矾酸铋复合光催化材料的制备方法 |
| CN111841615A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-10-30 | 盐城工学院 | 一种g-C3N4/CDs/β-FeOOH光催化材料及其制备方法 |
| WO2021201614A1 (ko) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 연세대학교 산학협력단 | 패턴화된 금속 나노구 어레이층의 제조방법, 이를 포함하는 전자 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전자 소자 |
| CN113828310A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-24 | 太原科技大学 | FeOOH/Cu2O复合微球光催化剂及其制备方法 |
| CN115219483A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-21 | 济南大学 | 一种基于氧化亚铜纳米立方体猝灭铁掺杂石墨氮化碳电化学发光免疫传感器的制备方法 |
-
2024
- 2024-02-06 CN CN202410168152.6A patent/CN117696100B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130156682A1 (en) * | 2010-08-26 | 2013-06-20 | M. Technique Co., Ltd. | Method for producing isolatable oxide microparticles or hydroxide microparticles |
| CN104888832A (zh) * | 2015-05-15 | 2015-09-09 | 武汉理工大学 | 一种金属/金属氧化物/g-C3N4复合光催化材料及其制备方法 |
| CN105032468A (zh) * | 2015-08-03 | 2015-11-11 | 中南大学 | 一种Cu2O-TiO2/g-C3N4三元复合物及其制备和应用方法 |
| WO2018082175A1 (zh) * | 2016-11-07 | 2018-05-11 | 杭州同净环境科技有限公司 | 一种复合光催化剂及其制备方法、应用 |
| CN108339560A (zh) * | 2017-04-01 | 2018-07-31 | 济南大学 | 一种无定形FeOOHg-C3N4复合纳米材料及其制备方法与应用 |
| CN107088434A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-08-25 | 武汉纺织大学 | 一种g‑C3N4‑Cu2O催化剂的制备方法及其应用 |
| CN109647487A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-19 | 三峡大学 | p-n结结构的Cu2O@g-C3N4纳米复合材料，合成制备方法及其应用 |
| CN109772355A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-05-21 | 辽宁石油化工大学 | 非晶羟基氧化铁/矾酸铋复合光催化材料的制备方法 |
| WO2021201614A1 (ko) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 연세대학교 산학협력단 | 패턴화된 금속 나노구 어레이층의 제조방법, 이를 포함하는 전자 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전자 소자 |
| CN111841615A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-10-30 | 盐城工学院 | 一种g-C3N4/CDs/β-FeOOH光催化材料及其制备方法 |
| CN113828310A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-24 | 太原科技大学 | FeOOH/Cu2O复合微球光催化剂及其制备方法 |
| CN115219483A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-21 | 济南大学 | 一种基于氧化亚铜纳米立方体猝灭铁掺杂石墨氮化碳电化学发光免疫传感器的制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| JING TANG ET AL., 《SMALL》 DOUBLE-SHELLED POROUS G-C3N4 NANOTUBES MODIFIED WITH AMORPHOUS CU-DOPED FEOOH NANOCLUSTERS AS 0D/3D NON-HOMOGENEOUS PHOTO-FENTON CATALYSTS FOR EFFECTIVE REMOVAL OF ORGANIC DYES, vol. 19, no. 22, 4 March 2023 (2023-03-04), pages 1 - 10 * |
| VIGNESH, S ET AL., 《DIAMOND AND RELATED MATERIALS》 FABRICATING SNO2 AND CU2O ANCHORED ON G-C3N4 NANOCOMPOSITES FOR SUPERIOR PHOTOCATALYTIC VARIOUS ORGANIC POLLUTANTS DEGRADATION UNDER SIMULATED SUNLIGHT EXPOSURE, vol. 120, 31 December 2021 (2021-12-31) * |
| 高慧慧, 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 面向氢能开发和环境净化的氮化碳基材料研究:, no. 1, 15 January 2021 (2021-01-15) * |
| 魏澜, 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 FEOOH/G-C3N4可见光催化剂的制备及降解PNP和胭脂红废水的研究, no. 1, 15 January 2024 (2024-01-15) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117696100B (zh) | 2024-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shi et al. | Fabrication of g-C3N4/BiOBr heterojunctions on carbon fibers as weaveable photocatalyst for degrading tetracycline hydrochloride under visible light | |
| Zhang et al. | Enhanced photocatalytic performance and degradation pathway of Rhodamine B over hierarchical double-shelled zinc nickel oxide hollow sphere heterojunction | |
| Zhang et al. | Au nanoparticle modified three-dimensional network PVA/RGO/TiO2 composite for enhancing visible light photocatalytic performance | |
| Xu et al. | Surface hybridization of π-conjugate structure cyclized polyacrylonitrile and radial microsphere shaped TiO2 for reducing U (VI) to U (IV) | |
| CN112844484B (zh) | 一种氮化硼量子点/多孔金属有机框架复合光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN112718009B (zh) | 一种pdi/mof异质结光催化剂及其制备方法与使用方法 | |
| Israr et al. | Multifunctional MgFe2O4/GNPs nanocomposite: Graphene-promoted visible light driven photocatalytic activity and electrochemical performance of MgFe2O4 nanoparticles | |
| Xie et al. | Functions of boric acid in fabricating TiO2 for photocatalytic degradation of organic contaminants and hydrogen evolution | |
| Feng et al. | Effective H2O2-Free photo-Fenton processes over ZnSe nanosheets for photocatalytic degradation of dyes and antibiotics | |
| Dai et al. | Recent progress in modification and composite strategies of graphitic carbon nitride as catalysts for heterogeneous photo-Fenton reaction | |
| Wang et al. | Rice-husk-derived mesoporous 0D/2D C3N4 isotype heterojunction with improved quantum effect for photodegradation of tetracycline antibiotics | |
| CN113499781A (zh) | 一种Z型CdIn2S4/NiCr-LDH异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Chen et al. | TiO2 nanosheet/NiO nanorod/poly (dopamine) ternary hybrids towards efficient visible light photocatalysis | |
| CN114247452A (zh) | 一种铋-硫化铋-钨酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Zhu et al. | Synthesis of high crystallinity g-C3N4 hollow spheres for efficient photocatalytic removal of U (VI) under visible light | |
| Wang et al. | Novel CoAl-LDH Nanosheets/BiPO4 nanorods composites for boosting photocatalytic degradation of phenol | |
| Wang et al. | Fe-species-loaded graphitic carbon nitride with enhanced photocatalytic performance under visible-light irradiation | |
| Zhang et al. | Construction of carbon nitride/zeolitic imidazolate framework-67 heterojunctions on carbon fiber cloth as the photocatalyst for various pollutants removal and hydrogen production | |
| Li et al. | Progress of Copper‐based Nanocatalysts in Advanced Oxidation Degraded Organic Pollutants | |
| CN110586149B (zh) | 钼酸铋/碳化钛异质结二维光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN112495436A (zh) | 一种聚吡咯/二氧化钛/石墨相氮化碳三元复合光催化材料及其制备方法 | |
| CN117696100B (zh) | 一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Liang et al. | Highly efficient Cr (VI) photoreduction by C/N vacancies and hydroxyl co-modified g-C3N4: The new insight into the key role of citric acid | |
| Yang et al. | Roles of MXenes in photocatalysis | |
| Kalaiselvi et al. | Accordion-like multilayer Ti3C2Tx MXene sheets decorated 1D Mn2O3 nanorods-based nanocomposites: An efficient catalyst for swift removal of single and mixed dyes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |