[发明专利]一种三维硫化镉/溴氧化铋异质结光催化剂和制备方法及其应用

说明书

本发明具体公开了一种三维硫化镉/溴氧化铋异质结光催化剂，包括以下原料组分：硝酸铋、十六烷基三甲基溴化铵、乙二醇、硫化镉；其制备方法包括以下步骤：首先，将硝酸铋/乙二醇混合溶液与十六烷基三甲基溴化铵/乙二醇混合溶液混合，得溴氧化铋前驱液，并反应得沉淀物A，将沉淀物A离心分离，洗涤干燥，最后再烘焙，即制备得溴氧化铋微球；然后，将硫化镉和溴氧化铋微球混合，加入去离子水搅拌，得三维硫化镉/溴氧化铋异质结前驱液，并反应得沉淀物B，将沉淀物B离心分离，洗涤干燥，即得。本发明的三维硫化镉/溴氧化铋异质结光催化剂的制备方法过程简单、形貌可控、环境友好，用于光催化还原CO₂，提高了光催化还原CO₂的反应速率。

技术领域

本发明涉及异质结光催化剂技术领域，具体涉及一种三维硫化镉/溴氧化铋异质结光催化剂和制备方法及其应用。

背景技术

全球能源消耗主要以石油、煤及天然气为主的化石燃料。化石燃料来自于数百万年前，埋在地下的浮游生物经过漫长的地质年代演变形成的，属耗竭性能源，同时由于化石燃料燃烧过程中向大气中排放温室气体特别是CO₂气体，对全球的环境产生了不利和不可逆转的影响。大气中CO₂含量的增加导致全球变暖已成为最严重的环境问题。因此，降低大气中CO₂的含量和开发可再生、清洁能源是目前亟待解决的两大问题。模拟自然界的光合作用，将CO₂固定或转化为高附加值碳氢燃料可同时解决能源供应和环境变暖问题。

CO₂本身是一种碳源，可被转化为CH₄、CH₃OH等有机化合物，但由于CO₂分子结构稳定，在温和的条件下不易被还原，导致反应速率慢，产物选择性差。而光催化技术被认为是全球能源短缺和环境污染的潜在解决方案，特别是从天然绿色植物光合作用的观点，以各种半导体作为催化剂在水中光催化还原CO₂作为还原剂有许多报道，如TiO₂、ZnO等，但这些催化剂因带隙较宽而只能吸收波长小于387nm的紫外光，而紫外光仅占太阳能总量的4％，限制了该类催化剂对太阳能的利用。此外，催化剂的活性与粒径、形貌、表面积等因素有关，许多研究表明由一维纳米棒、纳米管组成三维分层结构光催化剂表现出良好的催化活性。溴氧化铋(BiOBr)是一种新型的三元半导体氧化物，具有层状结构和高的光化学稳定性，带隙宽度为2.9eV,导带位置(E_CB＝-0.1V vs.NHE pH＝7)。在可见光作用下BiOBr表现出良好的光催化降解活性，但由于其高的光生电子-空穴复合速率限制了该催化剂的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种三维硫化镉/溴氧化铋异质结光催化剂和制备方法及其应用，该制备方法过程简单、形貌可控，可用于光催化还原CO₂，以提高光催化还原CO₂的反应速率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种三维硫化镉/溴氧化铋异质结光催化剂，其特征在于，包括以下原料组分：硝酸铋、十六烷基三甲基溴化铵、乙二醇、硫化镉。

(二)一种三维硫化镉/溴氧化铋异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，制备溴氧化铋微球；将硝酸铋/乙二醇混合溶液与十六烷基三甲基溴化铵/乙二醇混合溶液混合，得到溴氧化铋前驱液；将所述溴氧化铋前驱液转移至反应釜中反应，得到沉淀物A；将所述沉淀物A离心分离，并用去离子水和乙醇洗涤后干燥，得干燥产物，最后将所述干燥产物焙烧，即得三维结构的溴氧化铋微球；