1.本技術(shù)屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.化石能源的過度開采與消耗等人類生產(chǎn)活動(dòng)消耗了大量的能源，同時(shí)也伴隨著大量的co2排放至大氣中，造成嚴(yán)重的大氣污染問題，所以如何解決化石能源過度開采與消耗時(shí)排放co2導(dǎo)致的大氣污染以及能源消耗，是我們亟需解決的難題。

3.光催化還原co2制取碳?xì)浠衔餅榻鉀Q上述難題提供了一個(gè)思路；光催化還原co2制取碳?xì)浠衔锞褪抢锰柲茏鳛槟芰縼碓?，以廉價(jià)的水為還原劑，將化石能源的過度開采與消耗等人類生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的co2還原，獲得有用的碳?xì)浠衔?，?shí)現(xiàn)co2的轉(zhuǎn)化利用，緩解因co2排放對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響；而銅基催化劑由于具有可吸附co2的豐富活性位點(diǎn)和突出的催化活性，且含量豐富，成本低，因此被廣泛用作光催化還原co2的催化劑。

4.但銅/氧化亞銅等銅基復(fù)合材料作為光催化劑的催化性能有待提高，且銅基復(fù)合材料催化劑的光催化還原產(chǎn)物單一，光催化還原co2制取碳?xì)浠衔锒嗍莄o、ch4、ch3oh等低碳產(chǎn)物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.有鑒于此，本技術(shù)提供了一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，可以解決現(xiàn)有銅基復(fù)合材料催化劑作為光催化劑催化性能有待提高，且催化產(chǎn)物單一的技術(shù)問題。

6.本技術(shù)第一方面提供了一種光催化劑，所述光催化劑包括銅基復(fù)合材料和金，所述銅基復(fù)合材料為納米線結(jié)構(gòu)，所述金包覆所述銅基復(fù)合材料。

7.優(yōu)選的，銅基復(fù)合材料包括銅和氧化亞銅。

8.需要說明的是，氧化亞銅為半導(dǎo)體，與銅復(fù)合后具有一定的光催化還原二氧化碳的性能，被化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金包覆避免了氧化亞銅被氧化，從而維持了光催化劑催化性能的穩(wěn)定。

9.本技術(shù)第二方面提供了一種光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

10.步驟1，將銅鹽、溶劑、堿和還原劑混合均勻，得到銅鹽混合液；

11.步驟2，將所述銅鹽混合液靜止恒溫反應(yīng)，得到納米線；

12.步驟3，將所述銅納米線與金源溶液混合反應(yīng)，得到光催化劑；

13.所述金源溶液為四氯金酸和/或氯金酸鹽。

14.優(yōu)選的，所述銅納米線與金源溶液混合反應(yīng)包括：將銅納米線超聲分散在去離子水中，然后加入金源溶液混合反應(yīng)。

15.需要說明的是，銅納米線直徑小，表面能大，容易團(tuán)聚在一起增大直徑，因此，超聲分散使銅納米線分散，減緩了直徑為納米尺寸的銅納米線的團(tuán)聚，使銅納米線的直徑維持在納米尺寸。

16.優(yōu)選的，所述還原劑包括乙二胺、水合肼、抗壞血酸或硼氫化鈉中一種、兩種或多

種。

17.需要說明的是，乙二胺、水合肼、抗壞血酸或硼氫化鈉是良好的還原試劑，可以將銅鹽混合液中銅離子還原，且作為鏈延長(zhǎng)的模塊生成納米線結(jié)構(gòu)的銅基復(fù)合材料；而四氯金酸和/或氯金酸鹽溶解在溶劑中生成的金離子具有強(qiáng)烈被還原至0價(jià)態(tài)金單質(zhì)的傾向，從而自發(fā)的在納米線結(jié)構(gòu)的銅基復(fù)合材料上原位還原生成金單質(zhì)，以包覆納米線結(jié)構(gòu)的銅基復(fù)合材料，得到光催化劑；且反應(yīng)條件溫和，不破壞銅基復(fù)合材料的納米線結(jié)構(gòu)。

18.優(yōu)選的，所述銅納米線與金源溶液的質(zhì)量比為0.3～1.3：1.1～2.6。

19.需要說明的是，銅納米線與金源溶液的質(zhì)量比過小，即金源溶液的添加量過多，會(huì)導(dǎo)致金的包覆層過厚，這會(huì)使銅/金光催化劑的直徑大于光波長(zhǎng)，從而無法與周圍太陽光的形成很好的共振，減小了光子的集中，減弱了納米線結(jié)構(gòu)的聚光性能。

20.優(yōu)選的，所述堿的質(zhì)量為170～180g。

21.優(yōu)選的，所述堿：銅鹽的質(zhì)量比為(625～800)：1。

22.優(yōu)選的，所述靜止恒溫反應(yīng)包括置于70℃油浴鍋中靜止恒溫反應(yīng)。

23.優(yōu)選的，所述反應(yīng)時(shí)間為0.5～3h。

24.優(yōu)選的，所述堿包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋇或氫氧化鋰中的一種、兩種或多種。

25.優(yōu)選的，所述氯金酸鹽溶液包括四氯金酸鈉溶液和/或四氯金酸鉀溶液。

26.優(yōu)選的，所述得到銅納米線之前，還包括用無水乙醇和去離子水將產(chǎn)物洗滌至中性，再在50～80℃的真空條件下干燥。

27.本技術(shù)第三方面提供了以上所述光催化劑在大氣污染治理領(lǐng)域中的應(yīng)用。

28.綜上所述，本技術(shù)提供了一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用；其中，光催化劑包括銅基復(fù)合材料和金，銅基復(fù)合材料為納米線結(jié)構(gòu)，金包覆所述銅基復(fù)合材料；納米線結(jié)構(gòu)具有聚光的性質(zhì)，能夠聚集比普通太陽光強(qiáng)度大數(shù)倍的光照強(qiáng)度，同時(shí)，金原子等離子體激發(fā)效應(yīng)強(qiáng)，在光照作用下容易激發(fā)電子躍遷到銅基復(fù)合材料上，生成自由電子，同時(shí)生成對(duì)應(yīng)的空穴，而空穴具有的強(qiáng)氧化性能可以將h2o氧化為氧氣并產(chǎn)生質(zhì)子，質(zhì)子與自由電子進(jìn)一步將co2還原為可再次利用的一氧化碳、甲烷、甲醇等碳?xì)浠衔?；因此，與常規(guī)結(jié)構(gòu)的銅基復(fù)合材料相比，本技術(shù)要求保護(hù)的光催化劑利用納米線結(jié)構(gòu)聚光的原理，提高了金原子的激發(fā)效應(yīng)以生成更多的自由電子和空穴，從而達(dá)到了提高光催化劑催化性能的技術(shù)效果；且隨著光照強(qiáng)度的增加，金原子的激發(fā)效應(yīng)也隨之增加，自由電子和空穴的生成速率增加，將一氧化碳、甲烷、甲醇等碳?xì)浠衔镞M(jìn)一步合成為乙烯、乙酸、乙醇等多碳化合物，從而達(dá)到了生成高碳產(chǎn)物的技術(shù)效果，解決了現(xiàn)有銅基復(fù)合材料催化劑作為光催化劑催化性能有待提高，且催化產(chǎn)物單一的技術(shù)問題。

附圖說明：

29.為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

30.圖1為本技術(shù)實(shí)施例1所制備的銅納米線的xrd圖；

31.圖2為本技術(shù)實(shí)施例1所制備的銅納米線的tem圖；

32.圖3為本技術(shù)實(shí)施例1所制備的銅金合金納米線的sem圖；

33.圖4為本技術(shù)實(shí)施例1所制備的銅金合金納米線在不同光照強(qiáng)度的電流密度圖；

34.圖5為本技術(shù)實(shí)施例1所制備的銅金合金納米線在不同光照強(qiáng)度的催化性能對(duì)比圖；

35.圖6為本技術(shù)實(shí)施例1所制備的銅金合金納米線在不同波長(zhǎng)光的電流密度圖。

具體實(shí)施方式：

36.本技術(shù)提供了一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，可以解決現(xiàn)有銅基復(fù)合材料催化劑作為光催化劑催化性能有待提高，且催化產(chǎn)物單一的技術(shù)問題。

37.下面將對(duì)本技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本技術(shù)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本技術(shù)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本技術(shù)保護(hù)的范圍。

38.其中，以下實(shí)施例所用試劑或原料均為市售或自制。

39.實(shí)施例1

40.本技術(shù)實(shí)施例1提供了第一種光催化劑，其制備方法包括以下步驟：

41.1、制備納米線結(jié)構(gòu)的銅基復(fù)合材料：

42.首先將180g氫氧化鉀溶解到200ml去離子水中，隨后再加入0.24g硝酸銅使其均勻溶解，然后在加入1.5ml乙二胺溶液攪拌5min，最后加入35％的水合肼250ul并攪拌均勻。最后放入70℃油浴鍋中靜止1h獲得銅納米線產(chǎn)物；將產(chǎn)物用無水乙醇和去離子水洗滌多次至中性，然后在50℃條件下真空干燥12h，得到銅納米線。

43.2、制備作為光催化劑的銅金合金納米線：

44.首先將0.64mg步驟1合成的銅納米線放入去離子水中，隨后超聲30min使其均勻分散，然后在加入含1.0mg的四氯金酸溶液并攪拌均勻反應(yīng)0.5h。隨后將產(chǎn)物用無水乙醇洗滌幾次至中性，然后在50℃條件下真空干燥12h，得到光催化劑。

45.從圖1和2所示銅納米線的xrd圖和銅納米線的tem圖可以理解的是，步驟1合成的銅納米線主要為銅的衍射峰，同時(shí)含有微弱的氧化亞銅的峰，這說明納米銅納米線為包括銅和氧化亞銅的銅基復(fù)合材料；且步驟1合成的銅納米線的直徑約為100納米，這說明乙二胺、水合肼作為還原試劑，將銅鹽混合液中銅離子還原，且作為鏈延長(zhǎng)的模塊合成了納米線結(jié)構(gòu)的銅基復(fù)合材料。

46.從圖3所示作為光催化劑的銅金合金納米線的sem圖可以理解的是，光催化劑的直徑約為200nm，長(zhǎng)度約為2微米，表面有顆粒狀的金單質(zhì)，這說明四氯金酸溶液溶解在去離子水中生成的金離子自發(fā)的在納米線結(jié)構(gòu)的銅基復(fù)合材料上原位還原生成金單質(zhì)，包覆了納米線結(jié)構(gòu)的銅基復(fù)合材料，合成了納米尺寸的光催化劑；且反應(yīng)條件溫和，沒有破壞銅基復(fù)合材料的納米線結(jié)構(gòu)。

47.實(shí)施例2

48.本實(shí)施例2提供了第二種光催化劑，其制備方法與實(shí)施例1的區(qū)別在于選用的還原劑為硼氫化鈉。

49.實(shí)施例3

50.本實(shí)施例3提供了第三種光催化劑，其制備方法與實(shí)施例1的區(qū)別在于選用的金源溶液為四氯金酸鉀溶液。

51.實(shí)施例4

52.本技術(shù)實(shí)施例4為測(cè)試實(shí)施例1所制備的作為光催化劑的銅金合金納米線在不同光照下以及不同波長(zhǎng)下的催化性能。

53.1、制備電解槽：

54.1.1，電解液制備：用50ml去離子水溶解0.5g碳酸氫鉀(0.1m)，隨后轉(zhuǎn)移到光催化電解槽中；

55.1.2，電極制備：將一定質(zhì)量合成好的銅金合金納米線加入到水/乙醇/奈酚的溶液中，超聲30min后加入和銅金納米線相同質(zhì)量的導(dǎo)電炭黑，隨后超聲30min，得到1mg/ml的漿料，隨后將漿料滴在導(dǎo)電碳紙上，隨后干燥得到相應(yīng)的電極。

56.1.3，在盛有飽和co2的0.1m的碳酸氫鉀溶液的h型電解槽施加相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)可逆氫電極電位

?

0.5v

??

2v進(jìn)行電解，將含有銅金納米線的導(dǎo)電碳紙做為工作電極，ag/agcl電極作為參比電極，pt絲作為對(duì)電極，在三電極體系中進(jìn)行恒電流電解。

57.2、對(duì)電解槽分別施加0mw/cm2，50mw/cm2，80mw/cm2，110mw/cm2，140mw/cm2光強(qiáng)度，并測(cè)試電流密度，其電流密度圖如圖4所示，其催化產(chǎn)物如圖5所示。

58.3、對(duì)電解槽分別施加波長(zhǎng)為660nm，615nm，565nm，515nm的光強(qiáng)度為50mw/cm2的光照，并測(cè)試電流密度，其電流密度圖如圖6所示。

59.從圖4、5所示不同光強(qiáng)度的電流密度圖、催化性能圖可以理解的是，隨著光強(qiáng)度的增加，金原子的激發(fā)效應(yīng)也隨之增加，生成更多的自由電子和空穴，進(jìn)而使光催化劑的催化性能提高；同時(shí)隨著光強(qiáng)度的增加，在電極電位為

?

0.7v

??

1.3v的范圍內(nèi)，催化還原二氧化碳的產(chǎn)物也不局限于一氧化碳、甲烷、甲醇等低碳產(chǎn)物，也出現(xiàn)了乙烯、乙醇、乙酸等多碳產(chǎn)物，說明與現(xiàn)有銅基光催化劑相比，本技術(shù)要求保護(hù)的納米結(jié)構(gòu)的光催化劑由于金原子的激發(fā)效應(yīng)的增加，自由電子和空穴的生成速率增加，有更多的自由電子和空穴生成，將一氧化碳、甲烷、甲醇等碳?xì)浠衔镞M(jìn)一步合成為乙烯、乙酸、乙醇等多碳化合物，從而達(dá)到了生成高碳產(chǎn)物的技術(shù)效果。

60.從圖6所示不同光波長(zhǎng)的電流密度圖可以理解的是，隨著光波長(zhǎng)的減少，電流密度先增加，這說明隨著光波長(zhǎng)的減少，本技術(shù)實(shí)施例14制備的光催化劑與太陽光有更好的共振，聚集到了更多的光使金原子的激發(fā)效應(yīng)增加，生成更多的自由電子和空穴，進(jìn)而使光催化劑的催化性能提高。

61.以上所述僅是本技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本技術(shù)的保護(hù)范圍。技術(shù)特征：

1.一種光催化劑，其特征在于，所述光催化劑包括銅基復(fù)合材料和金；所述銅基復(fù)合材料為納米線結(jié)構(gòu)；所述金包覆所述銅基復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化劑，其特征在于，所述銅基復(fù)合材料包括銅和氧化亞銅。3.一種光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，將銅鹽、溶劑、堿和還原劑混合，得到銅鹽混合液；步驟2，將所述銅鹽混合液靜止恒溫反應(yīng)，得到銅納米線；步驟3，將所述銅納米線與金源溶液混合反應(yīng)，得到光催化劑；所述金源溶液包括四氯金酸溶液和/或氯金酸鹽溶液。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光催化劑的制備方法，其特征在于，所述銅納米線與金源溶液混合反應(yīng)包括：將銅納米線超聲分散在去離子水中，然后加入金源溶液混合反應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光催化劑的制備方法，其特征在于，所述還原劑包括乙二胺、水合肼、抗壞血酸或硼氫化鈉中的一種、兩種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光催化劑的制備方法，其特征在于，所述銅納米線與所述金源溶液的質(zhì)量比為0.3～1.3：1.1～2.6。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光催化劑的制備方法，其特征在于，所述銅鹽包括硝酸銅、硫酸銅或氯化銅中的一種、兩種或多種。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光催化劑的制備方法，其特征在于，所述堿包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋇或氫氧化鋰中的一種、兩種或多種。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光催化劑的制備方法，其特征在于，所述氯金酸鹽溶液包括四氯金酸鈉溶液和/或四氯金酸鉀溶液。10.權(quán)利要求1

?

2任一項(xiàng)所述光催化劑或權(quán)利要求3

?

9所述制備方法制備的光催化劑在大氣污染治理領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N光催化劑及其制備方法和應(yīng)用；其中，光催化劑包括銅基復(fù)合材料和金，銅基復(fù)合材料為納米線結(jié)構(gòu)，金包覆所述銅基復(fù)合材料；納米線結(jié)構(gòu)具有聚光的性質(zhì)，能夠聚集比普通太陽光強(qiáng)度大數(shù)倍的光照強(qiáng)度，因此，與常規(guī)結(jié)構(gòu)的銅基復(fù)合材料相比，本申請(qǐng)要求保護(hù)的光催化劑利用納米線結(jié)構(gòu)聚光的原理，提高了金原子的激發(fā)效應(yīng)以生成更多的自由電子和空穴，從而達(dá)到提高光催化劑催化性能的技術(shù)效果；且隨著光照強(qiáng)度的增加，金原子的激發(fā)效應(yīng)也隨之增加，從而達(dá)到了生成高碳產(chǎn)物的技術(shù)效果。本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，解決了現(xiàn)有銅基復(fù)合材料催化劑作為光催化劑催化性能有待提高，且催化產(chǎn)物單一的技術(shù)問題。問題。問題。

技術(shù)研發(fā)人員：王慶斌 蔡日 黃輝 黃榮欽

受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司云浮供電局

技術(shù)研發(fā)日：2021.08.23

技術(shù)公布日：2021/10/23