[发明专利]一种可见光响应的铋氧酸盐光催化剂Bi16Te5O34的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光响应的铋氧酸盐光催化剂Bi₁₆Te₅O₃₄的制备方法及其应用，属于无机光催化材料领域。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，工厂任意排放污水，使得河流、湖泊等水域中存在大量有毒有害的有机污染物，水资源受到严重的污染，对人类和生态的健康构成了巨大的威胁。因此，水污染问题的处理已经成为全球性的重要课题。目前主要的解决方法有：膜过滤技术、活性炭吸附、微生物降解、酶分解、光催化技术等等。在这些技术中，半导体光催化是一种环境友好的降解水或空气中有机污染物的新技术，处理效率高，无二次污染，成本低，反应条件温和，拥有其他技术无可比拟的优越性从而备受关注。

光催化降解水中污染物是指在一定的光照下，光催化剂形成电子-空穴对并产生羟基自由基、超氧自由基等具有强氧化性和还原性的活性物质，然后这些活性物质与表面吸附的污染物发生氧化还原反应，将污染物降解为二氧化碳、水等小分子物质，从而达到降解污染物的目的。传统的半导体光催化剂二氧化钛带隙宽，只能吸收太阳光中的紫外光部分，载流子易于复合，光催化效率较低，很研究者对此进行了掺杂改性来提高它的光催化效率。

为了扩大光催化剂对太阳光的响应范围，提高量子效率，人们正在努力探索新型的可见光光催化体系。铋氧酸盐由于其独特的电子构型和层状的晶体结构，从而具有特殊的半导体结构特征，呈现出良好的光学响应性能。铋氧酸盐的价带是由铋的6s轨道和氧的2p轨道杂化而成，可吸收较多的可见光，具有较窄的带隙，而层状结构又能够促进光生电子和空穴的分离和迁移，从而使更多的光生载流子参与到光催化过程中，进一步提高了光催化性能，因而铋氧酸盐在光催化领域已经成为了一个研究热点。

本发明报道了一种可见光响应的铋氧酸盐光催化剂Bi₁₆Te₅O₃₄，其独特的晶体结构和能带结构赋予它较好的光催化活性，能够有效地降解有机污染物，制备工艺简单且环境友好，有望在实际工业废水处理上得到广泛的应用，而且目前尚无报道过。

发明内容

本发明的意义在于提供一种制备方法简单、经济环保、具有可见光响应的铋氧酸盐光催化剂及其制备方法。

本发明所述的一种铋氧酸盐光催化剂Bi₁₆Te₅O₃₄，采用的技术方案是：

所述的铋氧酸盐光催化剂采用溶胶凝胶法制备，具体如下：

（1）按通式Bi₁₆Te₅O₃₄中对应元素的化学计量比分别称取含铋离子Bi³⁺的化合物、含碲离子Te⁴⁺的化合物；

（2）将称取的铋离子Bi³⁺的化合物，溶于适量的稀硝酸溶液中，再按Bi³⁺摩尔质量的0.5～3％添加络合剂，不断搅拌，直至完全溶解，得到A溶液；

（3）将称取的碲离子Te⁴⁺的化合物，溶于适量的稀盐酸溶液中，再按Te⁴⁺摩尔质量的0.5～3％添加络合剂，不断搅拌，直至完全溶解，得到B溶液；

（4）将A、B、溶液缓慢混合，在60～80℃下搅拌2～4小时，得到粘稠状的胶体，静置、烘干，得到蓬松的前驱体；

（5）将前驱体放置氧化铝坩埚中，在马弗炉中在空气气氛下煅烧，700～900℃下煅烧3～10小时，自然冷却后取出，研磨均匀即得到一种铋氧酸盐光催化剂材料。

其中，以上所述的含铋离子Bi³⁺的化合物为氧化铋Bi₂O₃、硝酸铋Bi(NO₃)₃•6H₂O、氢氧化铋Bi(OH)₃和氯化铋BiCl₃中的一种；所述的含有碲离子Te⁴⁺的化合物为二氧化碲TeO₂和四氯化碲TeCl₄中的一种，所述的络合剂为草酸或柠檬酸中的一种。

优选的，步骤（5）所述的煅烧温度为750～850℃，煅烧时间为4～10小时。

进一步的，所述的铋氧酸盐光催化剂采用共沉淀法制备，具体如下: