[发明专利]一种Bi12O17Br2‑Bi24O31Br10异质结光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料及其制备方法，具体涉及一种Bi₁₂O₁₇Br₂-Bi₂₄O₃₁Br₁₀异质结光催化剂及其制备方法。

背景技术

作为在新能源转换和环境净化实际应用的绿色技术--半导体光催化作用吸引了越来越多世界各地的关注。然而，单一半导体的光生载流子的快速重组严重抑制了其光催化性能。耦合两种催化剂形成异质结构为合成具有较高光催化活性的催化剂提供了可能。这种方法有以下优点：(1)实现电荷的有效分离，(2)通过利用可见光同时获得高降解能力和深度氧化能力，(3)可以搭配多种催化剂。异质结催化剂可以有效提高电子-空穴的分离和扩大光吸收范围已得到了充分证明。

最近，研究发现，铋的卤氧化物在废水处理和室内空气净化方面具有优异催化活性。这类化合物不仅能有效吸收太阳光，而且化学稳定性，光稳定性高，无毒，成本低，且抗光刻蚀。是工业用光催化剂的理想候选材料。铋卤氧化物(如BiOX)一类重要的V–VI–VII三元氧化物半导体，具有特殊的层状结构，在垂直于层的方向具有自建的内电场。同电场的存在将有效提高光生电子-空穴对的分离速率，从而显著提高铋卤氧化物的光催化活性和电化学性能。

虽然整比化合物BiOX的合成和性质及应用已有大量研究，但关于非整比铋卤氧化合物如Bi₁₂O₁₇Br₂,Bi₅O₇Br,Bi₂₄O₃₁Br₁₀和Bi₄O₅Br₂合成方法、光学和光催化性能研究较少。然而，这些少量的研究工作已充分表明，这类非整比化合物比整比BiOX化合物展示出更为优异的光催化性能。如果能获得这类化合物的异质结复合材料，可以预见其催化活性将锦上天花。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是一种Bi₁₂O₁₇Br₂-Bi₂₄O₃₁Br₁₀异质结的制备方法。本发明所要解决的第二个技术问题是提供可重复使用多次的Bi₁₂O₁₇Br₂-Bi₂₄O₃₁Br₁₀异质结。具体技术方案如下：

一种Bi₁₂O₁₇Br₂-Bi₂₄O₃₁Br₁₀异质结的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备硝酸铋溶液；

(2)将草酸钠的水溶液加入到硝酸铋溶液中；

(3)步骤(2)反应结束后，冷却并干燥，得到前驱体；

(4)将前驱体和铋盐溶解在水中并反应；

(5)冷却并干燥；

(6)将步骤(5)所得物质煅烧得到Bi₁₂O₁₇Br₂-Bi₂₄O₃₁Br₁₀异质结。

进一步地，步骤(1)中，称取铋盐2-3g，加入水完全溶解。

进一步地，步骤(2)中，将草酸钠的水溶液逐滴加入到硝酸铋溶液中，混合均匀。

进一步地，步骤(2)中，将1-2g草酸钠的水溶液逐滴加入到硝酸铋溶液中，在100-150℃反应30-40小时。

进一步地，步骤(3)和/或(5)中，自然冷却至室温，产物用蒸馏水，乙醇洗涤，干燥至恒重。

进一步地，步骤(4)中，还加入醋酸溶液和/或溴化钾。

进一步地，步骤(4)中，将0.1-1g前驱体和0.03-0.2g铋盐溶解在10-40ml的水中。

进一步地，加入0.5-5ml的醋酸溶液，再加入0.001-0.1g溴化钾，将上述混合溶液在100-150℃反应15-30小时。

进一步地，步骤(6)中，在300-500℃煅烧1-3小时；和/或，所述的铋盐为氯化铋、硝酸铋、硫酸铋一种或数种的混合物。