一種鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)環(huán)保催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料，本發(fā)明還涉及該復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體光催化技術(shù)以其高效的特點(diǎn)日益受到人們的重視，用于解決環(huán)境污染問(wèn)題和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換。對(duì)于高效光催化劑的選擇是半導(dǎo)體光催化技術(shù)最重要的一個(gè)方面，目前，大約有200多種半導(dǎo)體可用于光催化反應(yīng)，但是，較低的量子效率和嚴(yán)重的光腐蝕現(xiàn)象影響了大多數(shù)光催化劑的應(yīng)用。因此，如何提高半導(dǎo)體光催化劑光生電子空穴的分離效率以抑制其快速?gòu)?fù)合是光催化技術(shù)所面臨的問(wèn)題。通常情況，催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、顆粒尺寸、形貌、特定暴露晶面和表面修飾(如，貴金屬表面沉積、碳納米管修飾、石墨稀修飾以及半導(dǎo)體復(fù)合等)是提高光生電子空穴分離效率的重要途徑，但是，這些方法都是以提高光生電子的傳輸速率為基礎(chǔ)的，然而，通過(guò)提高光生空穴的迀移速率以提高光生載流子的分離效率卻被忽視。目前，改變光生空穴的迀移速率有兩種方法，第一，設(shè)計(jì)具有能帶結(jié)構(gòu)比配的半導(dǎo)體復(fù)合體系，在體系吸收光子能量被激發(fā)后，可以實(shí)現(xiàn)空穴從一種半導(dǎo)體的價(jià)帶迀移至另一種半導(dǎo)體的價(jià)帶，但是這種形式的迀移會(huì)減弱空穴的氧化能力。另一種方法是在半導(dǎo)體光催化劑表面修飾空穴捕獲劑(如Ru02、Ni0、Ir02等)，這種方法在光解水制氫的反應(yīng)中是有效的，但是在光催化降解有機(jī)物的反應(yīng)中是否有效還未見(jiàn)報(bào)道，因此，這類方法的應(yīng)用具有一定的局限性。開(kāi)發(fā)一種新型有效的能夠促進(jìn)光生空穴迀移速率的方法是提高半導(dǎo)體光催化劑光生載流子分離效率的另一個(gè)重要途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料，解決了現(xiàn)有都是以提高光生電子的傳輸速率為基礎(chǔ)的，然而通過(guò)提高光生空穴的迀移速率以提高光生載流子的分離效率卻被忽視的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料，以氮化硼納米片為催化劑載體，將鐵酸鋅負(fù)載于氮化硼納米片上，其中氮化硼納米片和鐵酸鋅的摩爾比為1:0.01?0.6。
[0006]本發(fā)明所采用的另一個(gè)技術(shù)方案是，一種鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料的制備方法，將硝酸鐵溶液和硝酸鋅溶液混合后加入氮化硼納米片，超聲分散均勻后在磁力攪拌狀態(tài)下于80?100 °C水浴蒸干;將得到的沉淀物置于馬弗爐中400?700 °C處理0.5?5h，到鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料。
[0007]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0008]硝酸鐵溶液的濃度為0.1?3mol/L，硝酸鋅溶液的濃度為0.1?3mol/L，其中鋅離子和鐵離子的摩爾比為1:2。
[0009]氮化硼納米片和鋅離子的摩爾比為1:0.01?0.6。
[0010]氮化硼納米片通過(guò)以下方法得到:將六方氮化硼粉體、硝酸鈉和濃硫酸混合后置于冰水浴中攪拌均勻，然后加入高錳酸鉀持續(xù)攪拌反應(yīng)8?24h，再加入雙氧水持續(xù)攪拌反應(yīng)0.5?Ih后在3000rpm條件下離心1min，將上層懸浮液用微孔抽濾，去離子水洗滌至中性，干燥后得到氮化硼納米片。
[0011]六方氮化硼粉體、硝酸鈉和濃硫酸質(zhì)量比為1:0.5?1:30?60。
[0012]六方氮化硼粉體和高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:0.5?I。
[0013]高錳酸鉀和雙氧水的質(zhì)量比為1:8?16。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料，利用氮化硼納米片表面存在的氮空位導(dǎo)致其具有一定的電負(fù)性，將光照激發(fā)后鐵酸鋅價(jià)帶的光生空穴吸引以促進(jìn)空穴的迀移，進(jìn)而提高光生載流子的迀移效率;此外，氮化硼納米片大的比表面積有利于增加復(fù)合體系的吸附性能，這些對(duì)于光催化效率的提高都是有利的。
[0015]本發(fā)明鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料的制備方法，過(guò)程簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，合成效率高，成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]本發(fā)明鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料，以氮化硼納米片為催化劑載體，將鐵酸鋅負(fù)載于氮化硼納米片上，其中氮化硼納米片和鐵酸鋅的摩爾比為1:0.01?0.6。
[0018]氮化硼具有與石墨相似的結(jié)構(gòu)，但是與石墨相比，氮化硼還具有很多優(yōu)異的物理化學(xué)特性，如耐高溫、高導(dǎo)熱、優(yōu)異的電學(xué)性能、良好的高溫穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性等。層狀氮化硼納米片表面由于存在氮空位會(huì)導(dǎo)致其具有一定的電負(fù)性，如果以氮化硼納米片作為光催化劑載體，將半導(dǎo)體光催化劑負(fù)載于氮化硼納米片上，體系受光照激發(fā)后，氮化硼納米片表面的電負(fù)性會(huì)吸引半導(dǎo)體價(jià)帶的光生空穴以促進(jìn)空穴的迀移，進(jìn)而提高光生載流子的迀移效率。此外，氮化硼納米片大的比表面有利于增加復(fù)合體系的吸附性能，這些對(duì)于光催化效率都是有利的。
[0019]上述鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0020]步驟I，將六方氮化硼粉體、硝酸鈉和濃硫酸按照質(zhì)量比為1:0.5?1:30?60混合后置于冰水浴中攪拌均勻，然后加入高錳酸鉀持續(xù)攪拌反應(yīng)8?24h，六方氮化硼和高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:0.5?I，再加入雙氧水(高錳酸鉀和雙氧水的質(zhì)量比為1:8?16)持續(xù)攪拌反應(yīng)0.5?Ih后在3000rpm條件下離心1min，將上層懸浮液用微孔抽濾，去離子水洗滌至中性，干燥后得到氮化硼納米片；
[0021]步驟2，將濃度為0.1?3mol/L硝酸鐵溶液和濃度為0.1?3mol/L硝酸鋅溶液混合(其中鋅離子和鐵離子的摩爾比為1:2)后加入氮化硼納米片，氮化硼納米片和鋅離子的摩爾比為1:0.01?0.6，超聲分散均勻后在磁力攪拌狀態(tài)下于80?100°C水浴蒸干;將得到的沉淀物置于馬弗爐中400?700°C處理0.5?5h，到鐵酸鋅修飾氮化硼納米片復(fù)合材料。
[0022]實(shí)施例1
[0023]步驟I，將Ig六方氮化硼粉體、0.5g硝酸鈉和30g濃硫酸混合后置于冰水浴中攪拌均勻，然后加入0.5g高錳酸鉀持續(xù)攪拌反應(yīng)8h，再加入4g雙氧水持續(xù)攪拌反應(yīng)0.5h后在3000印111條件下離心101]1；[11，將上層懸浮液用微孔抽濾，去離子水洗滌至中性，60°C干燥12h后得到氮化硼納米片；
[0024]步驟2，將10ml、濃度為0.lmol/L硝酸鋅溶液和20ml、濃度為0.lmol/L硝酸鐵溶液混合后加入2.48g氮化硼納米片，超聲分散均勻后在磁力攪拌狀態(tài)下于80°C水浴蒸干;將得到的沉淀物