一种氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及环境污染治理领域，尤其是涉及了一种氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光催化技术作为一种环境友好、高效的技术，在环境处理和能源交流方面具有世界性的前景，引起了研究者们的极大兴趣。性能理想的光催化剂是光催化技术推广应用的关键。然而，传统的单组分光催化剂对阳光利用率低，光电子和空穴对的复合率高，光催化活性低，极大地限制了光催化技术的实际应用。尽管目前的改性方法如掺杂、染料敏化、贵金属沉积、异质结构构建等都能促进光载流子的分离，但大多数光载流子在光催化反应前容易发生重组，这极大地限制了光催化性能的提高。因此，如何促进光电子与空穴的分离，同时抑制光电子与空穴的二次复合是环境污染物去除过程中关注的核心问题。在上述改性方法中，异质结结构作为研究最广泛的一种技术，在提高光催化性能方面具有稳定的性能和突出的实际应用前景，因而引起了研究者的极大兴趣。然而，异质结界面的结构缺陷容易诱发光生电荷载流子复合中心的形成，在一定程度上降低了电荷载流子分离效率。值得注意的是，压电/铁电材料极化形成的内置电场作为上光电子和空穴分离的内在驱动力，可以提高载流子的分离效率，提高光催化活性。此外，在静电屏蔽作用下，内置电场极易退出，导致自由载流子饱和，从而降低极化对载流子的分离效率。因此，在机械力的驱动下，由压电光催化剂组成的异质结所形成的内建电场的不断增强将极大地促进光生载流子的分离。

2、二硫化钼是一种常见的压电催化材料，通过对其施加机械应力(例如超声、搅拌、风力、水流、摩擦和挤压等)使得二硫化钼内部发生极化，产生电子和空穴。

技术实现思路

1、为了克服上述现有光催化技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂及其制备方法和应用。

2、本发明针对二硫化钼的压电特性，利用常见的光催化剂氮化碳对二硫化钼进行改性，得到氮化碳/二硫化钼异质结。在超声条件下，将光照产生的光生电子和空穴有效的分离来直接或者间接的还原去除高毒性的六价铬，以此提高六价铬的去除效率。

3、本发明的技术方案如下：

4、一种氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

5、将钼酸钠、硫脲和氮化碳溶于水形成混合溶液，调节溶液ph至0.1～2.0，搅拌均匀后，在180～220℃下反应20～30h，冷却、洗涤、干燥后，得到氮化碳/二硫化钼异质结催化剂；所述钼酸钠、硫脲和氮化碳的物质的量之比为(3～15):(40～80):(0.5～3)。

6、优选地，所述钼酸钠、硫脲和氮化碳的物质的量之比为10±5:50±10:1；所述钼酸钠在溶液中的浓度为0.01～0.03mol/l。

7、优选地，所述溶液ph值为0.5～1.0；所述搅拌时间为60±30分钟；所述反应温度为200±10℃；所述反应时间为24±2h；所述干燥温度为60±20℃；所述干燥时间为12±6h。

8、优选地，所述碳化氮的制备方法为：将尿素溶于水中，调节ph至4～5，在60±20℃下干燥12±6h后，加热至530～570℃保温2～3h，冷却后得到氮化碳。

9、优选地，所述尿素在水中的浓度为0.5～1g/ml；所述加热过程的加热速率为5～15℃/分钟。

10、上述方法制备得到的氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂。

11、上述氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂在去除六价铬中的应用。

12、优选地，所述应用包括如下步骤：

13、1)将氮化碳/二硫化钼异质结催化剂加入到含六价铬的待处理水中搅拌；所述氮化碳/二硫化钼异质结催化剂在水中的浓度为0.3～1.5g/l；

14、2)将步骤1)所得的待处理水进行超声和光照处理；所述超声处理的功率为50～150w；所述光照处理的强度为100～300mw/cm2。

15、优选地，所述氮化碳/二硫化钼异质结催化剂在水中的浓度为0.5～1.0g/l；所述超声处理的功率为90～120w；所述光照处理的强度为175～225mw/cm2。

16、优选地，所述超声处理使用超声波清洗机；所述光照处理的光源为氙灯或太阳灯。

17、本发明的原理为，针对氮化碳/二硫化钼的优异压电光催化性能，压电极化形成的内建电场能够使光生载流子定向移动，促进光生电子空穴对的分离以还原六价铬，达到去除高毒性六价铬的目的。

18、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

19、本发明制备得到的氮化碳/二硫化钼催化剂具有明显的压电光催化性能，良好的稳定性和优异的催化性能，可以大大提高光生电子空穴对的分离效率，该催化剂在压电光催化条件下可大大提高水体中六价铬废水去除的效率。此外，本发明的催化剂反应后可循环使用且易回收，对水体环境不会造成污染。

技术特征：

1.一种氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂的制备方法，其特征在于，所述钼酸钠、硫脲和氮化碳的物质的量之比为10±5:50±10:1；所述钼酸钠在溶液中的浓度为0.01～0.03mol/l。

3.根据权利要求2所述的氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶液ph值为0.5～1.0；所述搅拌时间为60±30分钟；所述反应温度为200±10℃；所述反应时间为24±2h；所述干燥温度为60±20℃；所述干燥时间为12±6h。

4.根据权利要求1或2或3所述的氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳化氮的制备方法为：将尿素溶于水中，调节ph至4～5，在60±20℃下干燥12±6h后，加热至530～570℃保温2～3h，冷却后得到氮化碳。

5.根据权利要求4所述的氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂的制备方法，其特征在于，所述尿素在水中的浓度为0.5～1g/ml；所述加热过程的加热速率为5～15℃/分钟。

6.权利要求1～5任一项所述方法制备得到的氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂。

7.权利要求6所述氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂在去除六价铬中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述氮化碳/二硫化钼异质结催化剂在水中的浓度为0.5～1.0g/l；所述超声处理的功率为90～120w；所述光照处理的强度为175～225mw/cm2。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述超声处理使用超声波清洗机；所述光照处理的光源为氙灯或太阳灯。

技术总结
本发明公开了一种氮化碳/二硫化钼异质结压电光催化剂及其制备方法和应用，将一定配比的钼酸钠、硫脲和氮化碳溶于水形成混合溶液，调节溶液pH至0.1～2.0，搅拌均匀后，在180～220℃下反应20～30h，冷却、洗涤、干燥后，得到氮化碳/二硫化钼异质结催化剂；利用氮化碳/二硫化钼异质结在压电光催化条件下可以大大提高水体中六价铬去除的效率。此外，本发明的催化剂反应后可循环使用且易回收，对水体环境不会造成污染。

技术研发人员：胡佳月,姬艳丽,黄以超,姚余有
受保护的技术使用者：安徽医科大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15