[发明专利]一种空心树状氧化铋-硫化铋复合物的制备与应用

说明书

[技术领域】

本发明涉及广催化剂领域，具体涉及一种空心树状氧化铋-硫化铋光催化剂的制备与应用。

[背景技术]

随着社会的发展，能源短缺环境污染问题日益受到关注，解决这两大问题是实现可持续发展的迫切需要。太阳能作为一种清洁，取之不尽用之不竭的能源，因此太阳能的充分利用被认为是解决这两大问题的最有可能的途径之一。光催化材料利用太阳光能光解水制氢和消除有机污染物方面有重要的应用前景。传统光催化材料TiO₂因为其带隙宽而只能吸收太阳光中的紫外光，其太阳光的利用效率低。近年来，BiWO₆，Bi₂O₃，Bi₂S₃，InVO₄，BaIn₂O₄，SrCrO₄等窄带隙非钛基可见光催化剂的开发引起了人们的广泛关注，但是由于其光致电子和空穴容易复合，光催化效率仍然很低。因此可见光响应的高效光催化剂的开发是光催化研究的重点。

氧化铋作为一种很有潜力的分解水和降解有机污染物的可见光催化剂，正日益受到研究者们的关注。氧化铋通常存在四种晶相：单斜相、四方相、体立方相、面立方相，其中单斜相的光催化活性最高。迄今为止，研究者们开发了不同合成单斜氧化铋光催化材料的方法，不同形貌的单斜相氧化铋被合成了，如氧化铋薄膜、纳米颗粒、纳米纤维、纳米片等。然而由于光致电子空穴的分离效率不高导致这些不同形貌的氧化铋的光催化活性仍然不高。将半导体材料进行复合能够促进光致电子空穴的更快转移与分离，因此构建复合光催化材料是光催化研究领域的热点之一。

硫化铋的禁带宽度约为1.8eV，几乎能够在紫外可见光区都有吸收，因此是一种很有潜力的可见光催化剂，然而由于其光致电子和空穴容易复合，其光催化效率也不高。硫化铋与氧化铋具有比较类似的结构，因此将硫化铋与氧化铋进行复合，既可以提高其对太阳光的吸收能力，同时由于异质结的存在能够有效地实现光致电子空穴的有效分离，从而提高光催化效率。

然而合成这些特殊形貌单斜氧化铋的方法通常都需要引入有机溶剂、表面活性剂、有机的结构导向剂等，由于这些有机物的引入不仅增加了后处理过程的难度和对环境的污染，同时在材料合成过程中更有可能会产生比这些有机物更加有毒有害的有机中间物。因此，采用无模板剂、无表面活性剂的水热法合成具有特殊形貌的高效可见光复合光催化材料成为光催化领域研究的热点。

[发明内容】

本发明的目的是提供一种无模板剂制备空心树状氧化铋-硫化铋复合物的制备方法。

为达成上述目的，本发明采用两步水热法制备空心树状氧化铋-硫化铋复合物，即（S1）制备空心管状氧化铋；（S2）制备空心树状氧化铋-硫化铋复合物。

本法发明制备空心树状氧化铋-硫化铋复合物的步骤如下： 

S1、取五水硝酸铋搅拌溶解于稀硝酸，然后用定量的碱溶液调节硝酸铋溶液的pH值为9-14；然后将溶液转移至晶化反应釜中，80-200oC反应0.5-12小时，冷却，过滤分离，去离子水洗涤，无水乙醇洗涤，干燥和焙烧，即得空心管状氧化铋；

S2、将上述制得的空心管状氧化铋分散于去离子水中，搅拌下加入水溶性硫化物，控制氧化铋与水溶性硫化物的摩尔比为1:[1-8]，然后将所得溶液转移至晶化反应釜中，40-180oC反应0.5-36小时，冷却，过滤分离，去离子水洗涤，无水乙醇洗涤，干燥，即可得空心树状氧化铋-硫化铋复合物。

优选地，在步骤S1中，所述五水硝酸铋、硝酸、碱之间的摩尔比为1：1：[2~6]。

优选地，在步骤S1中，所述碱液是选自氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、氨水中的至少一种。

优选地，在步骤S1中，所述稀硝酸的浓度为0.1-4mmol/L。

优选地，在步骤S2中，所述水溶性硫化物是选自硫化钾、硫化钠、硫脲、硫化铵中的至少一种。

优选地，在步骤S2中，所述空心管状氧化铋与去离子水的分散比例为1g氧化铋分散于20-100mL去离子水中。本发明可以通过改变氧化铋与硫化钠的摩尔比来制备不同大小的氧化铋-硫化铋复合物，所制得的复合物形貌类似。

本发明具有原料便宜，工艺简单，没有引入有机模板剂、有机溶剂或者表面活性剂，也没有有毒有害的有机中间体产生，目标产物的形貌、晶相可控等特点。