[发明专利]铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料及其制备方法，该复合光催化材料包括铁卟啉和钨酸铋，其中铁卟啉负载在钨酸铋上。其制备方法包括将铁卟啉溶于乙腈与二甲亚砜的混合溶液中，得到铁卟啉溶液，将钨酸铋溶于铁卟啉溶液中，得到钨酸铋与铁卟啉的混合溶液，调节钨酸铋与铁卟啉的混合溶液的pH值，静置，制备得到铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料。本发明的复合光催化材料具有分散性好、稳定性强、易于回收重复利用的优点，是一种可以广泛应用的具有优异光催化性能的环境友好型复合光催化材料，其制备方法具有反应条件温和、工艺流程简单、环保等优点，可用于大规模制备。

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种仿生物质/半导体复合光催化材料及其制备方法，具体涉及一种铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，能源与环境问题日益突出，寻找开发新能源的技术与材料已成为全球性普遍关注的重要课题。太阳能因具备清洁、经济、可再生等优点，如今已成为备受关注的新能源。半导体光催化材料是开发太阳能最有前景的材料之一。目前为止，二氧化钛仍然是研究最多、应用最广的半导体光催化材料。虽然二氧化钛的光催化活性高，但是因为其禁带宽度只对紫外光有响应，而紫外光仅占到达地球表面太阳光的5％，这导致二氧化钛对太阳能的利用率非常低。因此，开发一种对太阳光具有更大响应范围的半导体光催化材料显得尤为重要。

钨酸铋是一种具有典型钙钛矿层状结构的半导体材料，其禁带宽度为2.7eV，小于二氧化钛的禁带宽度(3.2eV)，在紫外-可见光区域表现出更为良好的光响应性。钨酸铋由Bi₂O₂²⁺层和WO₄^2-互相交替排列构成，为正交晶型，在光催化应用中具有耗能少、反应条件温和、光催化稳定等特点。钨酸铋光催化材料的研究与开发，极大地提高了太阳能利用率，在环境净化和新能源开发方面发挥了巨大的实用价值，然而钨酸铋经光照后产生的电子-空穴对复合率较高，使得钨酸铋的光催化活性受到限制。如何有效降低电子-空穴对的复合率是提高钨酸铋光催化性能面临的一个难题。

研究者们已经尝试用很多方法来提高钨酸铋的光催化活性，如增加表面积、掺杂、作为共催化剂、表面修饰、与其他半导体形成异质结构等等，其中，表面修饰是一种常用于改善钨酸铋光催化性能的方法。铁卟啉，又名氯化血红素，原卟啉IX铁(III)构成的复合物，是一种均相金属卟啉催化剂，具有良好的电子传导性能，在表面修饰半导体领域具有良好的潜在应用价值，但是由于铁卟啉难以从反应体系中分离回收和重复利用，且在反应过程中易自聚，电子传导速率降低，制约了其在光催化领域的实际应用。另外，目前对钨酸铋进行表面修饰的方法主要为水热法，但是水热法往往采用的是普通传导加热的方法，存在加热速率慢、反应时间长、热量分布不均匀、温度梯度大等缺点，而且采用水热法进行表面修饰很容易破坏钨酸铋的晶型，影响合成材料的性质。因此，探索一种反应条件温和、工艺流程简单、环境友好型的将铁卟啉成功负载在钨酸铋上的表面修饰方法对铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料的大规模制备和应用具有重要意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种分散性好、稳定性强、易于回收重复利用、光催化性能优异、环境友好的铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料，还提供了一种反应条件温和、工艺流程简单、环保的铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料，所述铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料包括铁卟啉和钨酸铋，所述铁卟啉负载在所述钨酸铋上。

上述的铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料中，优选的，所述铁卟啉与所述钨酸铋的质量比为0.05～3∶10。进一步优选的，所述铁卟啉与所述钨酸铋的质量比为0.2～1.5∶10。

上述的铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料中，优选的，所述铁卟啉/钨酸铋复合光催化材料的粒径为1μm～3μm。