[发明专利]一种{200}/{002}晶面择优生长的钼酸铋可见光光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种{200}/{002}晶面择优生长的钼酸铋可见光光催化材料及其制备方法和应用，属于无机非金属纳米材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域。具体为在混合醇溶剂体系中通过简单的调整碱液比例，进而控制醇热反应中的晶体生长，以获得不同比例{200}/{002}晶面暴露的钼酸铋光催化材料，该光催化材料在可见光照射下具有优异的降解水中有机污染物与微生物的性能，解决了传统光催化材料只能在紫外光照射下工作的缺陷，特别是常见光催化材料光生电子‑空穴对分离效率低、光催化降解时间长的难题。

技术领域

本发明涉及无机非金属纳米材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域，具体为一种{200}/{002}晶面择优生长的钼酸铋可见光光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术在太阳能利用和环境修复领域有着广阔的应用前景而受到了科技工作者的广泛关注。从光催化反应的基本原理出发，可以把光催化反应分为两大类，即光催化氧化反应和光催化还原反应。光催化有机物降解反应大部分属于光催化氧化反应。传统的光催化材料大多在紫外光下才有光催化效果，为了更好的利用太阳能，开发新型的可见光光催化材料对于促进光催化技术的发展与应用显得尤为重要。

钼酸铋具有合适的禁带宽度(约2.7eV)，被认为是极具潜力的可见光光催化材料。钼酸铋是简单的Aurivillius型氧化物之一，呈层状结构，由[MoO₆]^2-钙钛矿片层结构和[Bi₂O₂]²⁺萤石片层结构交替组成。另外，晶面工程技术与层状材料光催化材料的设计合成也被认为是实现光催化材料的可见光响应的重要技术手段。通过暴露高能的晶面，可以调整光催化材料的能带结构，获得不同光响应的光催化材料；通过不同晶面间表面能的差异而带来的驱动力，可实现了光生电子与空穴有效分离，调控晶体表面的光生电子与空穴的空间分布。这些都将会大大的提高现有光催化材料的活性。

在钼酸铋该类可见光光催化材料的研究中，对于晶体的控制生长合成的工作还鲜有报道。特别是，传统的特殊晶面暴露合成需要添加表面活性剂，或者两步或多步法合成，步骤繁琐，原料昂贵。因此，通过化学合成设计，在无表面活性剂的条件一步法制备高效的钼酸铋可见光光催化材料，对于光催化技术的发展与应用将具有重要的理论与现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种{200}/{002}晶面择优生长的钼酸铋可见光光催化材料及其制备方法和应用。本发明在混合醇溶剂体系中通过简单的调整碱液比例，进而控制醇热反应中的晶体生长，以获得不同比例{200}/{002}晶面暴露的钼酸铋光催化材料，该光催化材料在可见光照射下具有优异的降解水中有机污染物与微生物的性能，可直接应用于水体中有机污染的降解以及微生物的杀灭应用。

本发明的技术方案是：

一种{200}/{002}晶面择优生长的钼酸铋可见光光催化材料，该光催化材料为层状结构(Aurivillius结构)的钼酸铋晶体，所述钼酸铋晶体呈现出{200}/{002}晶面择优生长的特性。

所述{200}/{002}晶面择优生长(高比例{200}/{002}晶面暴露)是指钼酸铋晶体暴露的{200}/{002}晶面与钼酸铋晶体总暴露晶面的面积比例为9％～15％，优选为9.7～12.2％。所述{200}/{002}晶面是指{200}晶面和{002}晶面。

本发明上述具有{200}/{002}晶面择优生长的钼酸铋材料呈现出比普通钼酸铋材料更优异的光催化活性，{200}/{002}晶面占钼酸铋晶体总暴露晶面的比例越高，其光催化活性越高。

本发明具有{200}/{002}晶面择优生长的钼酸铋材料呈现出比普通钼酸铋材料更高的比表面积，可达46.83m²/g，并且孔径分布也更集中，主要集中在14-19纳米之间，由孔径分布图可见为介孔材料。