[发明专利]一种Bi2WO6/Ag3PO4异质结复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化领域，具体涉及一种Bi₂WO₆/Ag₃PO₄异质结复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术是一种利用光能进行物质转化的技术，自1972年日本科学家Fujishima和Honda首次报道TiO₂在紫外光照下可以光解水产生氢气和氧气以后，半导体光催化技术受到了越来越多的关注^[1]。对于半导体材料来说，它们可以在光照条件下产生电子-空穴对，一部分电子和空穴在体相内或表面相遇而复合，另一部分电子迁移到半导体表面具有很强的还原能力，可以与吸附的氧结合，生成具有强氧化性的自由基；而迁移到半导体表面的空穴有很强的氧化能力，可以将吸附在半导体表面的OH^-和H₂O氧化，产生强氧化性的自由基，比如·OH、·HO₂、H₂O₂和·O₂^-等^[2]，可以直接与反应物发生作用并将其氧化分解，而且不产生二次污染。近年来，光催化技术的应用研究发展十分迅速，因其具有高效、无选择性、稳定性高、绿色无毒、无二次污染、能耗低、操作简便和低成本等突出优点，而且可以充分利用清洁无污染的太阳能，在污水处理、废气处理、空气净化、杀菌消毒、催化制氢、还原CO₂等方面已经有广泛应用，并且效果良好。

近年来，人们对开发新型的可见光催化剂做了大量研究，其中包含了d0和d10电子构型的In³⁺、Ce³⁺、Bi³⁺、Ag⁺等。其中，Bi₂WO₆是一种最简单的Aurivillius型氧化物，是一种n型直接半导体材料，自1999年Kudo等首次报道了Bi₂WO₆在波长大于420nm的可见光辐射下具有光催化活性后^[3]，Bi₂WO₆因其较窄的禁带宽度(约2.7eV)，能被可见光激发并在可见光下具有较高的催化活性从而作为一种新型可见光催化材料引起了越来越多的关注^[4]。然而由于在单体Bi₂WO₆中激发的电子和空穴对的迁移距离长，体相复合的几率增加，不利于电子-空穴的快速分离，导致光催化活性相对不高。因此，可以通过半导体复合构建复合材料可以加速电子-空穴分离，提高单体材料的光催化性能^[5,6]。Ag₃PO₄是一种新型高效的光催化材料,其特有的间接带隙、价带中光激发空穴的强氧化性，同时其电子迁移速率比空穴迁移速率更高，从而促使电子-空穴分离，使其具有良好的光催化性能；同时Ag空位缺陷能够参与光电子捕获，提供更多的光激发空穴，也有利于电子-空穴分离^[7]。因此，现需要构建一种复合型催化剂。

[1]K.Nakata,A.Fujishima.TiO₂photocatalysis:Designandapplications[J].JournalofPhotochemistryandPhotobiologyC:PhotochemistryReviews,2012,13:169-189.

[2]X.B.Chen,S.S.Mao.Titaniumdioxidenanomaterials:Synthesis,properties,modifications,andapplications[J].ChemicalReviews,2007,107:2891-2959.

[3]A.Kudo,S.Hijii。H-2orO-2evolutionfromaqueoussolutionsonlayeredoxidephotocatalystsconsistingofBi³⁺with6s(2)configurationandd(0)transitionmetalions[J].ChemistryLetters,1999,10:1103-1104.