一种异质结光热催化剂及其制备方法与流程

本发明属于光热催化剂，具体涉及一种异质结光热催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、挥发性气体污染物(vocs)是一类来源广泛且危害性大的重要空气污染物。光热协同催化氧化技术兼具传统光催化和热催化的优点的同时还克服了光催化量子效率低、热催化能耗高等诸多不足，是一种绿色、温和的低碳减污技术。光热催化降解挥发性有机污染物的关键在于研发高效的光热催化剂。专利申请号为201210029241.x公开了有高效光热协同催化净化vocs的ceo2-mno2复合催化剂的制备方法，其所得ceo2-mno2复合催化剂能高效催化降解苯、甲苯、丙酮等气相挥发性有机污染物，极大地提高了挥发性有机气体催化净化效率。该方案仅为ceo2-mno2复合催化剂，需要依靠高温才能实现较好的催化效果。专利申请号为201710686051.8公开了一种一种载ag锰氧化物催化剂的制备方法与应用，该方案能够在低于一个太阳光光强下就能将甲醛完全氧化成无害的水和二氧化碳。但是该方案只能够对容易氧化的甲醛实现较好的催化作用，但是对于以甲苯为代表的更难处理的苯环类vocs，并不能达到较好的催化效果。

2、相对于简单复合催化剂而言，构筑多组分异质结复合材料是获得高效光热协同催化材料的有效途径之一。通过形成异质结后，可调整光催化剂带隙宽度，改变氧化还原能力，促使光生成电荷的分离和转移等。虽然多组分异质结复合材料具有较好的催化效果，但是组分异质结催化材料的光热催化性能不仅与其组分的物理化学性能相关，也与其组分间的结合方式和制备方法密切相关(chemical society reviews 2014,43,5234；appliedcatalysis b:environmental,2021,291,120053)，因此，设计一款性能较好的异质结光热催化剂并不容易。

3、现有的异质体光热催化材料仍存在的太阳能利用效率不高、对于更难处理的苯环类vocs的催化净化效率还是比基于贵金属催化剂的热催化反应体系低等技术难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种光热催化效果较好的异质结光热催化剂及其制备方法。

2、本发明提供一种异质结光热催化剂，包括富含氧空位的铈的氧化物、单质银和锰的氧化物，按重量百分比计，所述铈的氧化物、单质银和锰的氧化物的比值为1～50：0.1～10：100。

3、优选地，所述异质结光热催化剂为ii型催化剂。

4、本发明还提供一种异质结光热催化剂的制备方法，包括如下步骤：

5、s1、制备富含氧空位的铈的氧化物，例如可以是氧化铈或ceox；

6、s2、制备锰的氧化物负载银颗粒，例如可以是氧化锰负载银颗粒或ag-mnox；

7、s3、将富含氧空位的铈的氧化物和锰的氧化物负载银颗粒混合球磨，得到ceox/ag-mnox异质结光热催化剂。

8、优选地，所述步骤s1中，将二氧化铈在还原性气氛下进行煅烧处理，制得富含氧空位的铈的氧化物；煅烧处理的温度为300～700℃，更优选为400-700℃。煅烧时间为0.1～24h，更优选为0.1-10h。

9、优选地，所述步骤s2中，将锰盐前驱体溶液与硝酸银溶液混合后，进行水热反应，将产物煅烧。煅烧温度为300-700℃，煅烧时间为0.5～24h，得到锰的氧化物负载银颗粒。所述水热反应温度为100～150℃，水热时间为1～30h，更优选为10-30h。

10、优选地，所述步骤s3中，富含氧空位的铈的氧化物和锰的氧化物负载银颗粒的质量比为(1～50)：100，更优选为(1～20)：100。

11、优选地，所述步骤s3中，球磨转速为300～1000rpm，球磨球磨时间为0.1～60h，更优选为10-40h。

12、优选地，所述锰的氧化物负载银颗粒中，ag的理论负载量为0.1～10％。

13、优选地，所述异质结光热催化剂应用于光热催化净化有机气体污染物(如vocs)中。如甲苯、甲醛等气体污染物。本发明制备得到的ceox/ag-mnox异质结光热催化剂，或称为氧化铈/银/氧化锰异质结光热催化剂

14、有益效果：

15、(1)将引入界面缺陷位的引入、金属ag颗粒原位掺杂和机械球磨工艺相结合，所设计的异质结光热催化材料光利用率高。

16、通过银纳米颗粒与具有优异的氧化还原性能的锰的氧化物和铈的氧化物组成，通过氧缺陷的构造和异质结相界面的机械强化，展现出优异的光热催化净化甲苯、甲醛等vocs污染物性能。

17、通过将引入界面氧空位和机械球磨法相结合，能够高效光热协同催化降解挥发性有机污染物，尤其对于降解甲醛、甲苯等挥发性有机污染物展现出优异的性能。尤其是对于难处理的苯环类vocs，具有非常高好的催化效果。

18、(2)能在可见光照射及温和反应条件下完全催化净化甲醛和较难处理的甲苯等难以处理的苯环类vocs。

技术特征：

1.一种异质结光热催化剂，其特征在于，包括富含氧空位的铈的氧化物、单质银和锰的氧化物，按重量百分比计，所述铈的氧化物、单质银和锰的氧化物的比值为1～50：0.1～10：100。

2.如权利要求1所述的异质结光热催化剂，其特征在于，所述异质结光热催化剂为ii型催化剂。

3.如权利要求1-2任一项所述的异质结光热催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的异质结光热催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，将二氧化铈在还原性气氛下进行煅烧处理，制得富含氧空位的铈的氧化物，煅烧处理的温度为300～700℃，煅烧时间为0.1～24h。

5.如权利要求1所述的异质结光热催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，将锰盐前驱体溶液与硝酸银溶液混合后，进行水热反应，将产物煅烧0.5～24h得到锰的氧化物负载银颗粒。

6.如权利要求5所述的异质结光热催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应温度为100～150℃，水热时间为1～30h。

7.如权利要求1所述的异质结光热催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，富含氧空位的铈的氧化物和锰的氧化物负载银颗粒的质量比为(1～50)：100。

8.如权利要求1所述的异质结光热催化剂，其特征在于，所述步骤s3中，球磨转速为300～1000rpm，球磨球磨时间为0.1～60h。

9.如权利要求1所述的异质结光热催化剂，其特征在于，所述锰的氧化物负载银颗粒中，ag的理论负载量为0.1～10％。

10.如权利要求1所述的异质结光热催化剂，其特征在于，所述异质结光热催化剂应用于光热催化净化有机气体污染物中。

技术总结
本发明提供一种异质结光热催化剂及其制备方法，异质结光热催化剂包括富含氧空位的铈的氧化物、单质银和锰的氧化物，异质结光热催化剂的制备方法包括如下步骤：S1、制备富含氧空位的铈的氧化物，例如可以是氧化铈或CeOx；S2、制备锰的氧化物负载银颗粒，例如可以是氧化锰负载银颗粒或Ag‑MnOx；S3、将富含氧空位的铈的氧化物和锰的氧化物负载银颗粒混合球磨，得到CeOx/Ag‑MnOx异质结光热催化剂。本发明提供的异质结光热催化剂，通过将引入界面氧空位和机械球磨法相结合，制备的异质结光热催化剂具有高效光热协同催化降解挥发性有机污染物的效果。

技术研发人员：袁少棠,张淼淼,郑泽鹏,芮泽宝
受保护的技术使用者：麦和（广州）实业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1