[发明专利]一种光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化领域，具体涉及一种BiOI/BiVO₄异质结复合光催化剂及其制备方法和应用。BiOI/BiVO₄异质结复合光催化剂由BiOI和BiVO₄组成，其中，BiOI与BiVO₄的摩尔比为1:18～18:1。制备，采用共沉淀方法在水热条件下得到BiOI/BiVO₄异质结复合光催化剂。本发明的制备方法工艺简单、易于控制、成本低廉，构建了具有可见光响应的BiOI/BiVO₄异质结结构，加速了光生载流子的分离，减小了光生电子‑空穴对的复合几率，在可见光下具有高效的光催化活性和稳定性，对水体中的有害微生物和染料污染物具有高效的杀灭和降解效果，在水体净化和海洋防污等领域具有很好的实用价值和潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

可持续发展是一个世界性的问题。然而，环境污染特别是水体污染等问题日益严重。各种有害污染物累积在水体、土壤和空气等环境中不仅严重破坏了生态平衡，也危害着人类的生命与健康。另外，经济发展需要消耗大量的能源，正在引发新的能源危机，而大量的开采和使用传统矿产能源本身就会引发严重的环境问题。

半导体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报道TiO₂可以利用紫外光光解水产生氢气和氧气以来，半导体光催化技术就开始受到了极大的关注^[1]。目前半导体光催化技术在室内空气净化、公共场所的保洁除菌和污水处理等领域都得到了广泛应用。目前，TiO₂因为具有化学性质稳定、无毒、低成本等优点成为应用最广泛的光催化材料，但是由于TiO₂还存在着如光生电子空穴复合率高、对可见光的利用率低以及回收困难等缺陷，使其应用范围受到了极大制约^[2]。因此，开发能够有效利用太阳能，绿色环保的新型高效光催化材料具有重要的现实意义。

铋系材料因其在可见光(λ>420nm)区具有良好的光吸收性能，而且其形貌具有多样性而得到了广泛关注和深入研究。铋和其他金属形成的复合材料同样具有良好的可见光催化性能^[3-6]。如卤氧化铋(BiOX(X＝Cl，Br，I))，其一般具有四方晶形结构，是由[Bi₂O₂]片层与两层卤素元素交替排列形成的片层状结构，其中BiOI因为具有最小的禁带宽度(约1.80eV)并且在可见光区有很好的吸收而受到了广泛关注^[3]。此外，BiVO₄是一种n型直接半导体材料，具有较窄的禁带宽度(约2.4eV)，在可见光照下具有较高的催化活性，在环境净化和新能源开发领域具有潜在的应用价值，成为目前广泛研究的光催化剂之一^[4]。但是由于单体光催化剂中光电子-空穴分离较慢，光生载流子易复合，导致半导体材料的光催化性能受限，而通过半导体复合构建复合材料可以加速电子-空穴分离，提高材料的光催化性能^[5,6]。因此，急需在光催化领域开发合成新型复合催化剂。

[1]K.Nakata,A.Fujishima.TiO₂photocatalysis:Design and applications[J].Journal of Photochemistry and Photobiology C:Photochemistry Reviews,2012,13:169-189.

[2]X.B.Chen,S.S.Mao.Titanium dioxide nanomaterials:Synthesis,properties,modifications,and applications[J].Chemical Reviews,2007,107:2891-2959.