本發(fā)明屬于光催化，具體涉及一種非典型i型異質(zhì)結(jié)h-bn/cds光催化劑及其制備方法和在光催化降解四環(huán)素中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、四環(huán)素殘留具有高毒性、長期殘留性、半揮發(fā)性和高脂溶性的特征，可以在食物鏈中富集傳遞，并且能夠通過多種傳輸途徑在全球遷移分配，對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。為消除四環(huán)素殘留的危害，具有綠色可持續(xù)性、高效氧化性、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)的光催化技術(shù)引起大家的關(guān)注。然而光催化技術(shù)在實際應(yīng)用中仍具有局限性，主要限制因素是光生載流子的分離效率，光生電子和空穴在光催化劑表面和表面上的迅速復(fù)合嚴(yán)重阻礙了光催化效率。1951年，gubanov首次提出了異質(zhì)結(jié)的概念，它是一種特殊的pn結(jié)，由兩層或多層不同的半導(dǎo)體材料薄膜依次沉積在同一基底上形成，在光激發(fā)下能實現(xiàn)光生載流子的有效界面轉(zhuǎn)移和分離。

2、目前，傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)是由兩種或兩種以上的窄帶隙半導(dǎo)體材料組成，利用更寬的光譜范圍來提高光催化活性和光能利用率。在眾多可見光驅(qū)動的窄帶隙光催化劑中，cds因具有合適的帶隙和較高的光電轉(zhuǎn)換效率，成為構(gòu)建異質(zhì)結(jié)的優(yōu)良選擇。此外，寬帶隙半導(dǎo)體具有較大的禁帶寬度、較高的熱穩(wěn)定性以及較高的電子遷移率，可以作為異質(zhì)結(jié)的組成成分。寬帶隙半導(dǎo)體目前被廣泛應(yīng)用于物理和器件領(lǐng)域，但很少有研究探討寬帶隙半導(dǎo)體與窄帶隙半導(dǎo)體結(jié)合后的反應(yīng)機(jī)制及光催化活性。這是因為寬窄帶隙的結(jié)合具有較長的電子傳輸路徑和電子-空穴限制區(qū)，容易構(gòu)筑成i型異質(zhì)結(jié)，不利于光催化性能的提升。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種非典型i型異質(zhì)結(jié)h-bn/cds光催化劑及其制備方法和在光催化降解四環(huán)素中的應(yīng)用，以寬帶隙材料(h-bn)和窄帶隙材料(cds)為復(fù)合對象，通過焦耳加熱技術(shù)快速熱分解前體，僅需數(shù)秒即可制備出非典型i型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的h-bn/cds異質(zhì)結(jié)光催化劑，將其用于光催化降解四環(huán)素，是h-bn的20倍，cds的1.1倍。

2、為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種非典型i型異質(zhì)結(jié)h-bn/cds光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

4、(1)將氯化鎘、硫脲依次加到無水乙醇中，加熱攪拌至充分混合，得到硫化鎘前驅(qū)體鹽；

5、(2)將硫化鎘前驅(qū)體鹽和h-bn混合，得到混合粉末；保護(hù)性氣氛下，將混合粉末置于焦耳加熱儀中進(jìn)行反應(yīng)，即得非典型i型異質(zhì)結(jié)h-bn/cds光催化劑。

6、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述氯化鎘和硫脲的摩爾比為1：2～3，加熱溫度為50～60℃。

7、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述硫化鎘前驅(qū)體鹽和h-bn的質(zhì)量比為1：1～1.5。

8、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述焦耳加熱儀的參數(shù)設(shè)置為：電壓30～40v，電流300～350a，反應(yīng)時間15～20s，反應(yīng)溫度1000～1500℃。

9、本發(fā)明還提供了上述制備方法制得的非典型i型異質(zhì)結(jié)h-bn/cds光催化劑。

10、本發(fā)明還提供了上述非典型i型異質(zhì)結(jié)h-bn/cds光催化劑的應(yīng)用，將其用于光催化降解四環(huán)素。

11、本發(fā)明以寬帶隙材料(h-bn)和窄帶隙材料(cds)為復(fù)合對象，通過焦耳加熱技術(shù)快速熱分解前體，僅需數(shù)秒即可制備出非典型i型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的h-bn/cds異質(zhì)結(jié)光催化劑，與常規(guī)i型異質(zhì)結(jié)不同，光生電子從h-bn向cds轉(zhuǎn)移，而光生空穴反向移動，顯著提高了異質(zhì)結(jié)的光催化效率。

12、本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

13、(1)本發(fā)明的h-bn/cds光催化劑由寬帶隙材料(h-bn)和窄帶隙材料(cds)復(fù)合而成，經(jīng)過密度泛函理論計算分析以及實驗證明，屬于非典型i型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)建電場和帶隙排列改善了異質(zhì)結(jié)中光生電子和空穴的有效分離，表現(xiàn)出優(yōu)異的光電化學(xué)性能。

14、(2)本發(fā)明的h-bn/cds光催化劑的制備工藝，采用焦耳加熱技術(shù)，快速高效，僅需數(shù)秒即可制得，且相比于直接物理混合和管式爐制備的催化劑，其存在異質(zhì)界面，具有更加優(yōu)異的光電化學(xué)性能。

15、(3)本發(fā)明的h-bn/cds光催化劑，相比于單一的h-bn或cds以及直接物理混合和管式爐制備的催化劑，對四環(huán)素的降解具有更高的光催化活性。

技術(shù)特征：

1.一種非典型i型異質(zhì)結(jié)h-bn/cds光催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述氯化鎘和硫脲的摩爾比為1：2～3，加熱溫度為50～60℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述硫化鎘前驅(qū)體鹽和h-bn的質(zhì)量比為1：1～1.5。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述焦耳加熱儀的參數(shù)設(shè)置為：電壓30～40v，電流300～350a，反應(yīng)時間15～20s，反應(yīng)溫度1000～1500℃。

5.權(quán)利要求1-4任一項所述的制備方法制得的非典型i型異質(zhì)結(jié)h-bn/cds光催化劑。

6.權(quán)利要求5所述的非典型i型異質(zhì)結(jié)h-bn/cds光催化劑的應(yīng)用，其特征在于，將其用于光催化降解四環(huán)素。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種非典型I型異質(zhì)結(jié)h?BN/CdS光催化劑及其制備方法和在光催化降解四環(huán)素中的應(yīng)用，以寬帶隙材料(h?BN)和窄帶隙材料(CdS)為復(fù)合對象，通過焦耳加熱技術(shù)快速熱分解前體，僅需數(shù)秒即可制備出非典型I型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的h?BN/CdS異質(zhì)結(jié)光催化劑，將其用于光催化降解四環(huán)素，是h?BN的20倍，CdS的1.1倍。

技術(shù)研發(fā)人員：陳皓,顏歡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30