[发明专利]一种可见光催化活性的BiOBr基异质结及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光催化活性的BiOBr基异质结纳米材料的合成方法，属于材料合成领域。

背景技术

随着环境污染的日趋严重和能源的日益紧张，可利用太阳光的光催化技术在高效降解有机污染物、光解水制氢、太阳能电池等领域显示了广阔的应用前景。高效光催化剂的开发是决定光催化技术是否可行的关键因素。纳米TiO₂自1972年被报道以来，以其高效、无毒、稳定性好、低成本等优点而得到了广泛研究与应用。但是，常用的锐钛矿型TiO₂的禁带宽度较宽（3.2 eV），只能吸收λ<387 nm以下的紫外光，这部分光在太阳光中只占3%～5%，而占太阳光43%左右能量的可见光则无法得到利用，因此使TiO₂在太阳光下的应用受到限制。虽然离子掺杂（Chen et al. Chemical Reviews，107 (2007) 2891–2959）、贵金属沉积(Fuku et al. Chemistry-An Asian Journal 7 (2012) 1366–1371)、半导体复合(Li et al. Journal of Hazardous Materials 239–240 (2012) 118–127)等方法被用来改性TiO₂，但是也存在可见光活性提高有限、制备过程复杂等问题。 

BiOX(X=F,Cl,Br,I)是新型的光催化剂，其独特的层状结构有利于光生电子-空穴的分离。Zhang等人（Applied Catalysis B: Environmental 68 (2006) 125–129）报道 BiOCl具有比P25 TiO₂更高的光催化降解甲基橙的能力。但是，BiOCl的禁带宽度（3.19–3.60 eV）也比较宽，而BiOBr的禁带宽度为2.9eV左右，可以更有效地吸收可见光，但是单一BiOBr的电子空穴复合效率高，活性有待于进一步提高。另外，溴氧铋系列化合物除常见的BiOBr外，还具有其他多种形态，如Bi₃O₄Br, Bi₂₄O₃₁Br₁₀, Bi₄O₅Br₂等，据报道，这些富氧型的溴氧铋禁带宽度更窄（Xiao et al. Journal of Materials Chemistry 22 (2012) 22840–22843）,因此如能利用这些窄禁带宽度的溴氧铋与BiOBr合成异质结材料，则不仅可以利用溴氧铋化合物的层状结构提高量子效率，还能够有效利用可见光。如文献报道了一种BiOBr/Bi₂₄O₃₁Br₁₀异质结（Liu et al. Journal of Colloid and Interface Science, 2014, DOI: 10.1016/j.jcis.2014.06.020），其中含47.4%BiOBr和52.6% Bi₂₄O₃₁Br₁₀的异质结表现出最高的催化活性，分别为纯BiOBr和Bi₂₄O₃₁Br₁₀的2.6和4.8倍。但由于利用水热法合成，所需时间较长且不易工业化生产。

溶液燃烧合成是一种快速简便的合成方法，本申请人公开的发明专利（CN201410009579.8），利用该方法已经合成了BiOCl/Bi₂₄O₃₁Cl₁₀异质结，通过调节燃料量可以控制二者比例。但是上述专利中只有Bi₂₄O₃₁Cl₁₀具有可见光活性，BiOCl禁带宽度较宽（3.2eV）,只能吸收紫外光，因此只起到转移Bi₂₄O₃₁Cl₁₀光生电子的作用，因此该异质结催化活性尚有待于进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可见光催化活性的BiOBr基异质结。

本发明的目的还在于提供一种可见光催化活性的BiOBr基异质结的制备方法。