[发明专利]一种室温固相一步法制备Cu2O/Bi2O3纳米复合光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及精细化工和环保技术技术领域，具体地说，是一种室温固相一步法制备Cu₂O/Bi₂O₃纳米复合光催化剂。

背景技术

自1972年日本科学家Fujishima等人发现TiO₂晶体能够在紫外线的照射下将水分解成H₂和O₂以来，有关研究光催化氧化降解有机污染物成为近几十年来环境污染领域中的热点。光催化技术是一种直接利用光能，在温和条件下将污染物进行深度氧化的高级氧化技术。近年来，研究者已经制备出多种类型的光催化剂，然而，各种单一光催化剂一般存在着光催化效率低的问题，特别是可见照射下光催化效率较低。因而，提高光催化剂在可见光照射下的光催化效率目前仍然是该领域广大科研工作者的努力方向。

Cu₂O作为一种重要的p型半导体材料，它的禁带宽度较窄，只有2.0eV左右，因而可以有效的被可见光激发，产生光生载流子，继而引发光催化反应。早在1998年，Cu₂O就被证实可以作为可见光光催化剂将水分解生成氧气和氢气。另外，Cu₂O作为光催化剂还具有无毒、成本低等优点，因而，许多研究者认为Cu₂O在环境治理方面将有很好的应用前景，是一种很有应用潜力的新型半导体光催化剂，有关Cu₂O在可见光条件下光催化性能的研究已经成为当前研究的热点之一。但是Cu₂O作为可见光光催化剂在实际应用过程中也存在着一些不足，一方面是单独的Cu₂O不够稳定，易被氧化；另一方面，和其他半导体类似，Cu₂O也存在着光生电子和空穴容易发生复合从而导致光催化效率较低的问题。当前的研究表明，通过半导体的复合可以较好地解决单一半导体作为光催化剂所存在的电子和空穴容易发生复合的不足。目前，人们已经尝试将Cu₂O和多种半导体进行复合，如TiO₂、ZnO和CuO等。结果证明，复合后的产物比单一的半导体显现出更高的光催化性能。此外，Bi₂O₃是一种n型半导体，其禁带宽度为2.8eV，也具有较好的光催化活性。从理论上讲，Cu₂O和Bi₂O₃形成复合物后，可以有效地降低单一半导体光催化剂的光生电子空穴对的复合。因为Cu₂O的导带比Bi₂O₃的导带高，当二者复合后，光生电子可以从Cu₂O的导带上迁移到Bi₂O₃的导带上，进而可以有效地实现电荷的分离，提高其光催化效率。A.M.Abdulkarem等人以Bi(NO₃)₃、(CH₃COO)₂Cu和NaOH为原料，在乙醇-水的体系中，通过溶剂热法成功制备出花型的Bi₂O₃/Cu₂O复合物。但是，该方法制备出的Bi₂O₃/Cu₂O复合物结晶性不好，需要后续的高温煅烧才能得到结晶良好的产物。同时，这种溶剂热法存在操作繁琐、耗能高，不适合大规模生产的不足，因而找寻出更为简单有效的方法来制备Cu₂O/Bi₂O₃复合物，特别是结晶性良好的纳米复合物，仍然是一项值得科研工作者积极探讨的重要课题。

低温固相化学反应是上世纪80年代发展起来的一种新的合成方法，其最大的特点是反应温度为室温或接近室温，因而可以很好的避免高温固相反应对设备要求高和能耗高等不足，具有操作简单和易于控制等特点。目前，人们已经采用低温固相法制备出多种单一的化合物，但是有关复合物制备的报道相对较少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种室温固相一步法制备Cu₂O/Bi₂O₃纳米复合光催化剂的制备方法。