[发明专利]一种离子交换法合成异质结光催化剂的方法

说明书

本发明涉及半导体光催化剂，特指一种以硝酸铋、氯化铵和偏钒酸铵为原料制备Bi₁₂O₁₅Cl₆/BiVO₄异质结光催化剂的方法。本发明利用偏钒酸铵与Bi₁₂O₁₅Cl₆之间的离子交换反应在Bi₁₂O₁₅Cl₆表面的原位生长BiVO₄纳米颗粒，与以往合成矾酸铋技术方案相比，通过控制偏钒酸铵的用量来控制BiVO₄的生成过程，与Bi₁₂O₁₅Cl₆之间的界面连续性更好，更有利于异质结光催化剂界面间电子‑空穴的转移和分离效率提高，得到的异质结样品光催化活性相比于Bi₁₂O₁₅Cl₆和BiVO₄样品大幅提升。

技术领域

本发明涉及半导体光催化剂，特指一种以硝酸铋、氯化铵和偏钒酸铵为原料制备Bi₁₂O₁₅Cl₆/BiVO₄异质结光催化剂的方法，尤其是一种制备工艺简单，可控性强，具有良好可见光催化活性的异质结光催化剂的制备方法。

技术背景

半导体光催化剂通过吸收太阳能并转化为化学能，在去除水体中有机污染物以及光分解水制氢方面具有广阔的前景。其中，氯氧铋(Bi₁₂O₁₅Cl₆)光催化剂由于具有独特的层状原子结构，较窄的禁带宽度，较高的导带位置，以及合成方法简便、产物本体无毒无害等特点，是一种非常理想的可见光响应光催化剂。然而，由于单一Bi₁₂O₁₅Cl₆半导体材料的光催化活性仍然很低，难以满足实际应用需求。所以，采取简单、高效的方法对Bi₁₂O₁₅Cl₆进行改性，通过提高其可见光吸收能力及光生电子-空穴对的分离效率来提高其光催化活性十分重要。

本发明所采用的离子交换法操作简单，可控性强，紫外-可见光谱结果表明制备的Bi₁₂O₁₅Cl₆/BiVO₄异质结光催化剂可见光吸收能力强，光吸收范围大；离子交换反应中偏钒酸铵的用量和浓度易于控制，在Bi₁₂O₁₅Cl₆表面生成的BiVO₄具有含量易于控制、尺寸小、分布均匀等优点；光电流和阻抗分析谱图表明，使用该方法合成的Bi₁₂O₁₅Cl₆/BiVO₄异质结能有效提高该光催化剂的可见光吸收以及提高光生电子-空穴的分离效率；降解实验和循环实验表明得到的异质结光催化剂高效稳定；以及通过对盐酸四环素(TC)的光催化降解实验，考察所制备的异质结光催化剂的催化活性。

异质结由于能有效阻止光生载流子复合，从而提高光催化剂的电荷分离的作用，在光催化剂改性的研究中被广泛地运用。在众多合成异质结光催化剂的方法当中，利用离子交换法来构筑异质结光催化剂是一种原位合成法，更有利于电荷在异质结界面间的传递和分离，合成的异质结具有更好的光催化活性，因而被广泛关注和研究。通过离子交换法来制备Bi₁₂O₁₅Cl₆/BiVO₄异质结光催化剂，合成过程简单、可控性强，将这种异质结应用于光催化降解盐酸四环素的研究还没有被报道。