[发明专利]一种Bi2Sn2O7/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Bi₂Sn₂O₇/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法，属于光催化及环保技术领域。

背景技术

自1972年Fujishima和Honda发现在TiO₂电极材料表面光响应产氢现象以来(A. Fujishima, K. Honda, Nature, 1972, 238: 37-38)，光催化作为解决环境污染和能源危机的一种潜在技术引起了全世界的关注。传统的TiO₂光催化剂禁带较宽 (Eg = 3.2 eV)，仅能被太阳光中的紫外光激发，不能利用太阳光中的可见光，使得其太阳能利用率低，严重阻碍了光催化技术的大规模商业化推广。因此，开发新型高效可见光催化剂一直是光催化技术领域一项长期而艰巨的任务，也是光催化技术能够大规模推广应用的核心所在。

近年来，具有烧绿石结构的Bi₂Sn₂O₇ 作为一种p型半导体检测可燃性气体的研究引起人们的浓厚兴趣。Bi₂Sn₂O₇不仅具有窄的禁带宽度(～2.74 eV)，而且它还是一种带缺陷的烧绿石结构物质，其独特的缺陷结构有利于光生电子-空穴对的分离，从而使Bi₂Sn₂O₇能成为一种新型的可见光催化材料(J. Wu, F. Huang, X. Lv, P. Chen, D. Wan, F. Xu, J. Mater. Chem., 2011, 21: 3872-387; Q. Tian, J. Zhuang, J. Wang, L. Xie, P. Liu, Appl. Catal. A: Gen., 2012, 425-426: 74-78)。为了更好的适于实际应用，目前Bi₂Sn₂O₇的光催化性能还有待于进一步提高。

石墨烯是由sp²杂化碳原子紧密堆积成的、具有单原子层厚度的碳材料，基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环。作为催化剂载体，石墨烯稳定性高、比表面积大、透光性好，不仅可以满足表面化学吸附的要求，还为催化剂的固定、分离、回收创造了条件。作为电子接受体，石墨烯纳米片具有良好的电子迁移率，可以提高界面电荷的转移和抑制电子-空穴对的再结合。因此，将石墨烯与Bi₂Sn₂O₇进行复合对进一步提高其光催化性能具有积极意义。至今为止，尚未见有Bi₂Sn₂O₇/石墨烯复合物及其光催化应用的报道。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种Bi₂Sn₂O₇/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法。

本发明一种Bi₂Sn₂O₇/石墨烯复合可见光催化剂，其特征在于具有以下的组成：Bi₂Sn₂O₇ 85.0 wt.%，石墨烯15.0 wt.%。

本发明一种制备Bi₂Sn₂O₇/石墨烯复合光催化剂的方法，其特征在于，具有以下的制备过程和步骤：

a. 将1.213 g Bi(NO₃)₃·5H₂O和0.876 g SnCl₄·5H₂O加入至45 ml 去离子水中，搅拌至完全溶解；

b. 用2 mol/L的KOH溶液将上述溶液pH值调至12；

c. 将0.170 g氧化石墨超声分散在10 ml无水乙醇中，得到氧化石墨烯的悬浮液；

d. 将氧化石墨烯悬浮液缓慢滴加到步骤(b)所得溶液中，并继续搅拌 1 h；

e. 将步骤 (d)所得混合物转移到聚四氟乙烯衬垫的高压反应釜中，在180-200 ℃下晶化反应24 h；

f. 得到的固体产物经过滤，洗涤，干燥后得石墨烯含量为15.0%的Bi₂Sn₂O₇/石墨烯复合可见光催化剂。