一种降解气态污染物的光催化复合材料Cr2O3-Fe2O3及其制备方法和应用

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种光催化降解气态污染物的复合材料cr2o3-fe2o3及其制备方法和应用。

背景技术：

随着人类社会的发展，经济不断进步，燃料的燃烧引发了一系列严重的环境问题，气态污染一直被视为威胁人类生存的最严重的环境问题之一，到目前为止，人们已经采取了不同的方法来解决这个问题。光催化技术是一种可持续发展且环境友好的技术，是利用太阳光实现降解气态污染物，具有无二次污染和可循环再生等特点。

cr2o3是一种非常有前景的催化材料，具有很高的化学和热稳定性，主要应用于工业耐火材料，高温抗氧化物质和高性能的气体传感器。

cr2o3为p型半导体，存在电子或空穴容易重新组合，所以催化活性较低。fe2o3作为一种n型半导体，cr2o3与fe2o3复合形成异质结，可以克服电子或空穴的重新组合，可以提高催化活性，同时具有磁性，方便回收。因此，cr2o3-fe2o3复合光催化剂是最具有开发前景的催化剂之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种降解气态污染物的复合光催化剂cr2o3-fe2o3的制备方法及其应用。该方法具有简单，方便，实验条件易控制等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，制备方法包括如下步骤：

1)将铬盐和铁盐溶解于去离子水中，搅拌0.5-3h，将所得混合溶液，放入烘箱中烘干，得前驱体；

2)将所得前驱体在惰性气体或空气环境下煅烧，冷却至室温，研磨，得光催化复合材料cr2o3-fe2o3。

优选地，上述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，所述铬盐为九水合硝酸铬、六水合氯化铬或五水合硫酸铬。

优选地，上述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，所述铁盐为九水合硝酸铁或氯化铁。

优选地，上述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，按摩尔比，铬盐:铁盐＝1:0.5-2。

优选地，上述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，步骤1)中，所述烘干，在50-150℃下烘干1-15小时。

优选地，上述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，步骤2)中，所述惰性气体为氮气或者氩气。

优选地，上述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，步骤2)中，所述煅烧，升温速度为1-10℃/min，在温度300-800℃下煅烧1-4h。

本发明提供的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3在可见光下催化降解气态污染物中的应用。

优选地，所述气态污染物为异丙醇。

优选地，方法如下：于含气态污染物的密封的反应容器内加入降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，光照下催化降解气态污染物。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的cr2o3-fe2o3光催化剂，复合结构更容易使光生电子-空穴有效分离，降低复合率，可以有效的提高光催化活性。

2.本发明提供的cr2o3-fe2o3光催化剂的制备方法，其原料廉价易得，操作简单方便，极大程度降低了成本，有很好的发展前景。

附图说明

图1为本发明实施例1-3制备的光催化复合材料cr2o3-fe2o3的xrd图。

图2为本发明实施例1-3制备的光催化复合材料cr2o3-fe2o3降解异丙醇气体的活性对比图。

具体实施方式

实施例1降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3

制备方法如下

将4.0g九水合硝酸铬与4.04g九水合硝酸铁溶于100ml的去离子水中，搅拌1h，将所得混合溶液放入烘箱中，100℃干燥10h，得前驱物。

将所得前驱体置于马弗炉中，在氮气气氛环境下，400℃煅烧2h，冷却到室温后进行研磨，得降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，标记为a。

实施例2降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3

将4.0g九水合硝酸铬与2.02g九水合硝酸铁溶于100ml的去离子水中，搅拌1h，将所得混合溶液放入烘箱中，100℃干燥10h，得前驱物。

将所得前驱体置于马弗炉中，在氮气气氛环境下，400℃煅烧2h，冷却到室温后进行研磨，得降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，标记为b。

实施例3降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3

将4.0g九水合硝酸铬与8.08g九水合硝酸铁溶于100ml的去离子水中，搅拌1h，将所得混合溶液放入烘箱中，100℃干燥10h，得前驱物。

将所得前驱体置于马弗炉中，在氮气气氛环境下，400℃煅烧2h，冷却到室温后进行研磨，得降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，标记为c。

图1为本发明实施例1-3制备的光催化复合材料cr2o3-fe2o3的xrd图。由图1可见，将其与标准卡进行比较，证明成功合成cr2o3-fe2o3光催化复合材料。

实施例4应用

方法：以300w氙灯为光源，光电流调节为20a，调节光强中心正照射到样品表面，固定好位置，分别将实施例1-3制备的光催化复合材料cr2o3-fe2o3放于4cm²玻璃槽中，将载有光催化剂的玻璃槽分别放入内含一个大气压空气的224ml反应器中，最后向反应器中注入5ul异丙醇液体，放置1h之后开始计时，样品每隔5分钟抽取一针，进行测试，记录异丙醇降解生成的丙酮的峰面积，结果如图2所示。图2是记录6次(光照30分钟)后经过计算求出每分钟生成的丙酮的速率。

由图2可见，实施例3所制备的cr2o3-fe2o3复合光催化剂c的催化活性比实施例1所制备的cr2o3-fe2o3复合光催化剂a、实施例2所制备的cr2o3-fe2o3复合光催化剂b活性高许多。因此可以说明制备出来的cr2o3-fe2o3的光催化剂更有利于光生电子空穴的分离，可以提供更高的催化活性。

技术特征：

1.一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

1)将铬盐和铁盐溶解于去离子水中，搅拌0.5-3h，将所得混合溶液，放入烘箱中烘干，得前驱体；

2)将所得前驱体在惰性气体或空气环境下煅烧，冷却至室温，研磨，得光催化复合材料cr2o3-fe2o3。

2.如权利要求1所述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，其特征在于，所述铬盐为九水合硝酸铬、六水合氯化铬或五水合硫酸铬。

3.如权利要求1所述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，其特征在于，所述铁盐为九水合硝酸铁或氯化铁。

4.如权利要求1所述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，其特征在于，按摩尔比，铬盐:铁盐＝1:0.5-2。

5.如权利要求1所述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，其特征在于，步骤1)中，所述烘干，在50-150℃下烘干1-15小时。

6.如权利要求1所述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，其特征在于，步骤2)中，所述惰性气体为氮气或者氩气。

7.如权利要求1所述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，其特征在于，步骤2)中，所述煅烧，升温速度为1-10℃/min，在温度300-800℃下煅烧1-4h。

8.权利要求1-7任意一项所述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3在可见光下催化降解气态污染物中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述气态污染物为异丙醇。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，方法如下：于含气态污染物的密封的反应容器内加入权利要求1-7任意一项所述的一种降解气态污染物的光催化复合材料cr2o3-fe2o3，光照下催化降解气态污染物。

技术总结
本发明公开了一种降解气态污染物的光催化复合材料Cr2O3‑Fe2O3及其制备方法和应用。将铬盐和铁盐溶解于去离子水中，搅拌0.5‑3h，将所得混合溶液，放入烘箱中烘干，得前驱体；将所得前驱体在惰性气体或空气环境下煅烧，冷却至室温，研磨，得光催化复合材料Cr2O3‑Fe2O3。利用本发明的方法制备的Cr2O3‑Fe2O3复合光催化剂，能够使得电子空穴对有效分离，降低电子空穴的复合率，进而可以有效的提高光催化活性，达到高效地降解气态污染物的目的。

技术研发人员：范晓星;刘亚靖;陶然;王茜
受保护的技术使用者：辽宁大学
技术研发日：2021.02.05
技术公布日：2021.06.15