[发明专利]含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化技术领域，尤其涉及一种含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，室内空气污染严重危害着人群健康，不仅引发严重的呼吸系统、心血管系统等疾病，甚至导致死亡。NO_X是室内空气污染中典型污染物，虽然其浓度低，但是属于危害性大的酸性气体，并且通过空气传输、转化并参与光化学烟雾和PM2.5等二次污染物的形成，因此，去除室内低浓度的NO_X是室内空气净化的重要环节。工业排放的高浓度NO_X一般通过选择性催化还原(SCR)、化学吸收、生物过滤等方法去除，但这些方法不适合室内低浓度NO_X的净化。传统的室内空气污染净化技术大多采用活性炭吸附，但活性炭只是将污染物从气相转移到固相，存在后处理和再生问题。作为绿色化学技术中之一的光催化成为解决上述问题有效途径。光催化可以直接利用太阳能中的可见光降解空气中的各种污染物，并能将低密度的太阳光能转化为高密度的化学能和电能，在净化环境污染物和开发清洁能源等方面具有巨大的应用潜力。

但是材料的光量子转换效率较低，光响应范围窄，太阳能(可见光)利用率低等问题的存在阻碍了光催化技术的应用。因此，研究者们展开了对光催化技术的改性。一方面使用各种技术手段对光催化剂进行改性，进而提高光催化性能，另一方面通过将光催化技术与各种技术(如超声波、电化学、等离子体等)进行耦合联用形成新型的高效光催化技术。常用的耦合联用技术是光催化与电催化、O₃催化、Fenton、热催化、等离子体效应、生物过滤等技术耦合。在光催化体系中引入这些耦合的技术，可使污染物的去除率显著提高，但是，技术本身的费用也相应增加。常温催化去除污染物的常温催化剂，仅通过催化剂体系中不同价态原子之间的电子转移作用可以将污染物去除，从而不需要额外增加能量，在一定程度上降低了技术成本。虽然光催化和常温催化具有显著的技术优势，但是截至目前为止将光催化与常温催化耦合联用催化去除空气污染物，并且进一步开发具有常温催化和光催化双功能催化作用的催化剂还未见报道。

碳酸氧铋，(BiO)₂CO₃，正交晶体结构，晶胞参数属于Imm2空间群，由层状[Bi₂O₂]²⁺和[CO₃]^2-交替排列而成，属于一种新型光催化材料，受到广大研究者的重视，并且应用到空气净化处理方面。虽然纯相(BiO)₂CO₃的禁带宽度较大，仅对紫外光有较强的吸收，是一种紫外光催化剂，但是利用合适技术方案对其进行改性进而获得更好的催化性能成为目前研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂及其制备方法。通过对纯相碳酸氧铋进行真空热处理，获得含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂。由于所制备的含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂中铋元素除具有Bi³⁺价态外，还具有强氧化性的Bi⁵⁺价态和强还原性的Bi⁰价态，使得其在常温无光照条件下具有催化活性。由于其晶体结构中存在晶格缺陷，该缺陷使得禁带宽度减小，将光响应从紫外光区拓展到可见光区；同时，Bi⁰具有等离子体效应，可促进光生电子与空穴的分离，从而使得该催化剂在可见光下表现出优异的催化性能。

本发明提供的含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)选用纯相碳酸氧铋；

(2)将所述纯相碳酸氧铋进行真空热处理，以得到含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂；其中，真空热处理条件为：真空度2mmHg～100mmHg，热处理的温度150℃～500℃，热处理时间1h～40h。

优选的，上述的含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂制备方法中，所述真空度为50mmHg。

优选的，上述的含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂制备方法中，所述热处理温度为225℃～300℃。

优选的，上述的含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂制备方法中，所述热处理时间为3h～10h。

本发明还提供了由上述制备方法制备的含有晶格缺陷的双功能碳酸氧铋催化剂。