[发明专利]一种三氧化二铋‑钨酸铋异质结光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光催化领域，具体的说，特别涉及一种异质结光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工业经济的发展，水中有机污染物的排放量越来越大，尤其是难降解废水导致水质恶化现象日益严重，采用传统的处理技术已经得不到有效的处理，其中光催化技术具有清洁、无二次污染、可以利用太阳能等优点受到广大研究者的重视。然而传统的TiO₂半导体材料由于禁带较宽(3.2eV)，因此只能利用太阳光中的紫外光。所以，研究具有可见光响应的光催化材料是光催化的主要研究方向。

钨酸铋(Bi₂WO₆)作为p型半导体材料的一种，具有钙钛矿片层结构，其禁带宽度为2.7eV左右，在波长大于420nm的可见光区域有较强的吸收，可同时利用太阳光中的紫外光和可见光，越来越受到广大研究者的青睐。然而由于吸附性较差导致其光生载流子的分离效率较低。

目前，TiO₂/Bi₂WO₆,BiOI/Bi₂WO₆,Bi₂WO₆/g-C₃N₄,Bi₂WO₆/ZnO等异质结构的光催化剂被成功合成。研究表明，复合后的催化剂能有效抑制光生电子-空穴的再复合，大大提高了光催化活性。

Bi₂O₃作为一种n型半导体，和Bi₂WO₆具有互补的能带关系，能形成p-n异质结构，该结构能有效抑制光生电子和空穴的复合，大大提高光催化反应效率。

然而，目前在合成Bi₂O₃/Bi₂WO₆异质结催化剂的时候，往往需要制备出两种材料的前驱体，再进行复合，这样便会造成合成周期的延长，实验过程的繁琐。另外，如果以钨酸钠为原料，则会因为钠离子的引入增加去除的成本，增加试验步骤，处理不好则会造成杂质的产生，影响样品纯度。因此研发出一种制备方法简单，高活性，具用较高应用价值的Bi₂O₃/Bi₂WO₆的异质结光催化剂尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种三氧化二铋-钨酸铋异质结光催化剂及其制备方法，解决了Bi₂O₃/Bi₂WO₆异质结催化剂在合成过程中，需要提前制备两种复合材料前驱体的技术困难。

本发明采用硝酸铋和偏钨酸铵为原料，采用溶剂热法一步合成三氧化二铋-钨酸铋异质结光催化剂。制备方法简单，周期短，制备出的样品纯度高，光吸收范围宽，可见光利用率高，能有效的促进光生电子和空穴的分离，光催化活性和稳定性好，短时间内即可迅速降解罗丹明B染料。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种三氧化二铋-钨酸铋异质结光催化剂，由摩尔比为0.1:1-0.5:1的三氧化二铋和钨酸铋复合形成异质结构，三氧化二铋颗粒均匀分散于钨酸铋纳米颗粒表面，其中钨酸铋的物相为斜方晶型。

所述三氧化二铋与所述钨酸铋的摩尔比为0.1:1-0.5:1。

一种三氧化二铋-钨酸铋异质结光催化剂的制备方法，采用以下步骤进行：

(1)将(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁·5H₂O在磁力搅拌的条件下溶解在乙二醇中，记为A溶液。

(2)称取摩尔量26.4-36倍于步骤(1)中所述(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁·5H₂O的Bi(NO₃)₃·5H₂O在超声协助下溶解于步骤(1)中等量的乙二醇中，记为B溶液。

(3)在磁力搅拌条件下，将A溶液缓慢加入B溶液中，再加入体积为2-3倍于步骤(1)中所述乙二醇的乙醇，继续搅拌10min至混合均匀,记为C溶液。

(4)将C溶液移入水热反应釜中，置于鼓风干燥箱160-200℃恒温反应5-12h