可见光响应的高效复合光催化剂α-Fe2O3/In2S3的制备方法与流程

本发明涉及光催化剂技术领域，具体涉及一种可见光响应的高效复合光催化剂α-fe2o3/in2s3的制备方法。

背景技术：

赤铁矿(α-fe2o3)是一种可见光响应的半导体，带隙为0.28-2.48ev，与其他光催剂相比，α-fe2o3的制备条件温和，工艺简单，同时具有价格低廉，无毒，自然储量丰富等优点。α-fe2o3是一种环境友好材料，因此在环境修复领域也有很多应用，如光催化降解有机染料、有机酸、醛类有机物等。

然而，由于赤铁矿(α-fe2o3)的导带位置过低，不足以还原氧气，使得光生载流子的复合几率很高，分离较差，使其光催化活性较低。基于上述原因，如何找到一种工艺相对简单、反应条件较温和，并能将不同纳米粒子进行复合，制备出形貌结构可控、光催化活性高的复合光催化剂，具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，而提供一种可见光响应的高效复合光催化剂α-fe2o3/in2s3的制备方法，该方法制备的α-fe2o3/in2s3的电荷再复合率低、光催化活性高。

为实现上述目的，本发明提供一种可见光响应的高效复合光催化剂α-fe2o3/in2s3的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)超声分散：将α-fe2o3纳米颗粒与三价铟盐溶液混合后经过超声分散，形成均匀的固体悬浮液；

2)陈化反应：向步骤1)所得的固体悬浮液中滴加硫化钠溶液完全反应，再将其转移至高压反应釜中，再将高压反应釜放入烘箱内进行陈化；

3)烘干研磨：将步骤2)所得的固相物水洗至中性，再依次经过烘干处理、研磨处理，即可。

上述技术方案中，所述步骤1)中，三价铟盐溶液选自硝酸铟溶液、硫酸铟溶液；所述三价铟盐溶液的摩尔浓度为0.0067～0.02mol/l；所述α-fe2o3纳米颗粒与三价铟盐溶液中溶质的摩尔比为(9-19):(2-18)。

上述技术方案中，所述步骤1)中，α-fe2o3纳米颗粒由如下方法制备而成：

101)先将fe(no3)3·9h2o充分溶解于水中，再滴加naoh溶液，调节ph值至12～13，得到悬浊液；

102)将步骤101)所得的悬浊液搅拌至混合均匀，再进行水热反应，反应后冷却至室温，得到固相产物；

103)取步骤102)所得的固相产物洗至中性，再经过烘干处理，得到固体产物；

104)将步骤103)所得的固体产物放入马弗炉中进行高温焙烧处理，再将其研磨成粉末状即可。

上述技术方案中，所述步骤101)中，fe(no3)3·9h2o与水的固液比为(1:3.7～7.5)g/ml。

上述技术方案中，所述步骤102)中，水热反应的温度为100～120℃，反应时间为6～8h。

上述技术方案中，所述步骤103)中，烘干处理的温度为60～80℃，时间为5～8h。

上述技术方案中，所述步骤104)中，高温焙烧处理的温度为400～450℃，时间为2～3h；研磨处理后，所得的α-fe2o3纳米颗粒的粒径为100～1000nm。

上述技术方案中，所述步骤2)中，硫化钠溶液的摩尔浓度为0.042～0.125mol/l；所述三价铟盐溶液中的溶质与硫化钠溶液中溶质的摩尔比为1:(1.5～2.5)。

上述技术方案中，所述步骤2)中，反应后的固体悬浮液的ph值维持在2～3，陈化的温度为160～180℃时间为24～26h。

上述技术方案中，所述步骤3)中，烘干处理具体为在温度为60～80℃下干燥5～8h。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明制备方法制备的α-fe2o3/in2s3为α-fe2o3与in2s3两种半导体形成异质结构，可见光辐射到复合半导体表面时，α-fe2o3与in2s3均能产生光生电子空穴对，由于in2s3半导体导带上的光生电子电势比α-fe2o3更负，电子会迁移到α-fe2o3的导带，而α-fe2o3价带的光生空穴电势比in2s3更正，空穴会迁移到in2s3的价带。这样，两种半导体的电子空穴对在异质结构界面上有效的迁移，降低了电荷再复合率，提高了光催化活性。

其二，本发明制备方法制备的α-fe2o3/in2s3相较于α-fe2o3或in2s3单体，不仅对可见光的吸收有所拓宽，而且能够有效的抑制电荷复合，具有更高的光催化活性，有利于有机物的降解，α-fe2o3/in2s3的复合光催化剂在可见光光照100min时，对罗丹明b的降解率可达到63.84％。

其三，本发明的制备方法与现有其他可见光响应催化剂制备方法(如秘一钒复合氧化物、钙锢氧化物等可见光催化材料)相比，安全无毒、制备过程温和、性质稳定、原料易得，可用于大规模的水体净化工程，具有很好的实用性。

附图说明

图1为本发明的光催化试验处理效果对比示意图；

图2为本发明实施例1的α-fe2o3/in2s3复合光催化剂的罗丹明b紫外-可见扫描光谱图。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

实施例1：

本发明的可见光响应的高效复合光催化剂α-fe2o3/in2s3的制备方法，包括如下步骤：称取0.003mol水热法制备的α-fe2o3纳米颗粒，滴加10ml摩尔浓度为0.0067mol/l的硝酸铟溶液(其中，n(α-fe2o3):n(in(no3)3·5h2o)＝9:2)，超声15min分散均匀，再在搅拌下缓慢滴加20ml摩尔浓度为0.083mol/l的硫化钠溶液(其中，n(in(no3)3·5h2o):n(na2s)＝1:2.5)至上述悬浮液中，固体悬浮液的ph值维持在3，再将其转移至高压反应釜中放入烘箱内180℃陈化24h。所得的固相物水洗至中性，在60℃的条件下烘干5h，研磨备用，即制得α-fe2o3/in2s3复合光催化剂。

其中，α-fe2o3纳米颗粒的制备方法包括如下步骤：取16.16gfe(no3)3·9h2o，然后加入去离子水使体积达到60ml(fe(no3)3·9h2o与水的固液比为(1:3.7)g/ml)，在磁力搅拌器上常温搅拌至固体完全溶解；接着逐滴加入1mol·l^-1的naoh溶液，调节溶液ph至13，得到红棕色的悬浊液，并加水定容到85ml；再磁力搅拌30min至混合均匀。然后，转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后，100℃恒温6h。反应后自然冷却至室温，后用去离子水洗涤至ph约7，在60℃下烘5h。所得的固体产物放入马弗炉中进行400℃焙烧2h，取出样品研磨备用，α-fe2o3纳米颗粒的粒径为100～1000nm。

实施例2：

本发明的可见光响应的高效复合光催化剂α-fe2o3/in2s3的制备方法，包括如下步骤：称取0.0032mol水热法制备的α-fe2o3纳米颗粒，滴加5ml摩尔浓度为0.0067mol/l的硝酸铟溶液(其中，n(α-fe2o3):n(in(no3)3·5h2o)＝19:2)，超声15min分散均匀，再在搅拌下缓慢滴加20ml摩尔浓度为0.042mol/l的硫化钠溶液(其中，n(in(no3)3·5h2o):n(na2s)＝1:2.5)至上述悬浮液中，固体悬浮液的ph值维持在3，再将其转移至高压反应釜中放入烘箱内180℃陈化24h。所得的固相物水洗至中性，在60℃的条件下烘干5h，研磨备用，即制得α-fe2o3/in2s3复合光催化剂。

其中，α-fe2o3纳米颗粒的制备方法包括如下步骤：取16.16gfe(no3)3·9h2o，然后加入去离子水使体积达到60ml(fe(no3)3·9h2o与水的固液比为(1:3.7)g/ml)，在磁力搅拌器上常温搅拌至固体完全溶解；接着逐滴加入1mol·l^-1的naoh溶液，调节溶液ph至13，得到红棕色的悬浊液，并加水定容到85ml；再磁力搅拌30min至混合均匀。然后，转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后，100℃恒温6h。反应后自然冷却至室温，后用去离子水洗涤至ph约7，在60℃下烘5h。所得的固体产物放入马弗炉中进行400℃焙烧2h，取出样品研磨备用，α-fe2o3纳米颗粒的粒径为100～1000nm。

实施例3：

本发明的可见光响应的高效复合光催化剂α-fe2o3/in2s3的制备方法，包括如下步骤：称取0.0028mol水热法制备的α-fe2o3纳米颗粒，滴加15ml摩尔浓度为0.0067mol/l的硝酸铟溶液(其中，n(α-fe2o3):n(in(no3)3·5h2o)＝17:6)，超声15min分散均匀，再在搅拌下缓慢滴加20ml摩尔浓度为0.125mol/l的硫化钠溶液(其中，n(in(no3)3·5h2o):n(na2s)＝1:2.5)至上述悬浮液中，固体悬浮液的ph值维持在3，再将其转移至高压反应釜中放入烘箱内180℃陈化24h。所得的固相物水洗至中性，在60℃的条件下烘干5h，研磨备用，即制得α-fe2o3/in2s3复合光催化剂。

其中，α-fe2o3纳米颗粒的制备方法包括如下步骤：取16.16gfe(no3)3·9h2o，然后加入去离子水使体积达到60ml(fe(no3)3·9h2o与水的固液比为(1:3.7)g/ml)，在磁力搅拌器上常温搅拌至固体完全溶解；接着逐滴加入1mol·l^-1的naoh溶液，调节溶液ph至13，得到红棕色的悬浊液，并加水定容到85ml；再磁力搅拌30min至混合均匀。然后，转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后，100℃恒温6h。反应后自然冷却至室温，后用去离子水洗涤至ph约7，在60℃下烘5h。所得的固体产物放入马弗炉中进行400℃焙烧2h，取出样品研磨备用，α-fe2o3纳米颗粒的粒径为100～1000nm。

实施例4：

本发明的可见光响应的高效复合光催化剂α-fe2o3/in2s3的制备方法，包括如下步骤：称取0.0028mol水热法制备的α-fe2o3纳米颗粒，滴加15ml摩尔浓度为0.02mol/l的硫酸铟溶液(其中，n(α-fe2o3):n(in2(so4)3)＝17:18)，超声15min分散均匀，再在搅拌下缓慢滴加20ml摩尔浓度为0.125mol/l的硫化钠溶液(其中，n(in2(so4)3):n(na2s)＝1:1.5)至上述悬浮液中，固体悬浮液的ph值维持在2，再将其转移至高压反应釜中放入烘箱内160℃陈化26h。所得的固相物水洗至中性，在80℃的条件下烘干8h，研磨备用，即制得α-fe2o3/in2s3复合光催化剂。

其中，α-fe2o3纳米颗粒的制备方法包括如下步骤：取16.16gfe(no3)3·9h2o，然后加入去离子水使体积达到121.2ml(fe(no3)3·9h2o与水的固液比为(1:7.5)g/ml)，在磁力搅拌器上常温搅拌至固体完全溶解；接着逐滴加入1mol·l^-1的naoh溶液，调节溶液ph至12，得到红棕色的悬浊液，并加水定容到85ml；再磁力搅拌30min至混合均匀。然后，转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后，120℃恒温8h。反应后自然冷却至室温，后用去离子水洗涤至ph约7，在80℃下烘8h。所得的固体产物放入马弗炉中进行450℃焙烧3h，取出样品研磨备用，α-fe2o3纳米颗粒的粒径为100～1000nm。

实施例5：

本发明的可见光响应的高效复合光催化剂α-fe2o3/in2s3的制备方法，包括如下步骤：称取0.003mol水热法制备的α-fe2o3纳米颗粒，滴加15ml摩尔浓度为0.0067mol/l的硫酸铟溶液(其中，n(α-fe2o3):n(in2(so4)3)＝9:2)，超声15min分散均匀，再在搅拌下缓慢滴加20ml摩尔浓度为0.125mol/l的硫化钠溶液(其中，n(in2(so4)3)n(na2s)＝1:2.5)至上述悬浮液中，固体悬浮液的ph值维持在2，再将其转移至高压反应釜中放入烘箱内160℃陈化26h。所得的固相物水洗至中性，在80℃的条件下烘干8h，研磨备用，即制得α-fe2o3/in2s3复合光催化剂。

其中，α-fe2o3纳米颗粒的制备方法包括如下步骤：取16.16gfe(no3)3·9h2o，然后加入去离子水使体积达到121.2ml(fe(no3)3·9h2o与水的固液比为(1:7.5)g/ml)，在磁力搅拌器上常温搅拌至固体完全溶解；接着逐滴加入1mol·l^-1的naoh溶液，调节溶液ph至12，得到红棕色的悬浊液，并加水定容到85ml；再磁力搅拌30min至混合均匀。然后，转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后，120℃恒温8h。反应后自然冷却至室温，后用去离子水洗涤至ph约7，在80℃下烘8h。所得的固体产物放入马弗炉中进行450℃焙烧3h，取出样品研磨备用，α-fe2o3纳米颗粒的粒径为100～1000nm。

效果例：光催化降解试验

将上述实施例1～3制备的可见光响应的高效复合光催化剂α-fe2o3/in2s3用于罗丹明b的光催化降解试验，可见光响应的高效复合光催化剂α-fe2o3/in2s3的光催化活性试验以罗丹明b水溶液为目标污染水源，通过罗丹明的降解率，以评价复合材料的光催化活性。罗丹明b浓度为6mg·l^-1，体积为50ml，置于带有冰水浴的双层玻璃反应器，磁力搅拌。采用氙灯提供光源，光照度为976500lux，α-fe2o3/in2s3光催化剂0.05g，实验前先在暗处吸附，达到吸附平衡后开始取样，光照后每隔0min、30min、60min、100min取一次。采集的样品采用岛津uv2600紫外-可见分光光度计检测，检测波长553nm。

图1所示为本发明实施例1-3的光催化试验处理效果对比示意图；图2所示为本发明实施例1的α-fe2o3/in2s3复合光催化剂的罗丹明b紫外-可见扫描光谱图。由图1可知，实施例1制备的α-fe2o3/in2s3复合光催化剂的降解效果最佳，在-60min、0min、30min、60min、100min的降解率分别为0、23.51％、33.51％、47.03％、61.62％。其他比例的复合样品和单一催化剂的降解率都低于最优样。由图2可知，罗丹明b随着α-fe2o3/in2s3复合催化剂的降解并没有产生最大吸收峰的移动，即没有敏化现象。

本发明制备的α-fe2o3/in2s3可见光响应的复合材料工艺简单，反应条件温和，通过光催化试验，复合材料光催化剂具有可见光光催化活性，可高效降解染料及有机污染物。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。