[发明专利]一种钙钛矿基复合纳米材料及制备方法与用途

说明书

本发明涉及一种钙钛矿基复合纳米材料及制备方法与用途，属于材料制备和光催化的技术领域。采用水热法制备BiOCl/K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^‑异质结复合纳米光催化剂，具体过程如下：取K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^‑在一定量的水中混合，搅拌均匀后，加入Bi(NO₃)₃·5H₂O、KCl固体，充分混合后将所得混合溶液转移到水热反应釜中，160℃反应24h，离心洗涤真空干燥，得到BiOCl/K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^‑异质结复合纳米材料。所得产品光催化活性好，稳定性高，生产过程绿色环保，有望大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿基复合纳米材料及制备方法与用途，属于材料制备和光催化的技术领域。

技术背景

近年来，光催化技术因具有低能耗、反应条件温和以及无二次污染等诸多特点，受到研究者的广泛关注。光催化技术既能将低密度的太阳能转化为高密度的化学能(氢能)，又能降解和矿化环境中的有机污染物及抗生素，因此它在解决能源危机与环境污染问题中有着重要的应用价值。

在众多二维半导体材料中，从Dion-Jacobson相(M[A_n-1B_nO_3n+1])层状钙钛矿结构铌酸盐剥离出的二维铌酸钙钾(K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-)多元金属氧化物纳米片具有良好的稳定性能，尤其是该纳米片光催化材料的导带由高能级的Nb 4d轨道组成，产生的光生电子具有很强的还原能力。但是，单纯的二维K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-光催化材料缺乏足够的活性位点，导致其表面大量光生电子与空穴重组而猝灭，从而降低光催化效率。为了解决这个问题，单纯的K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-常被用来与氧化物或者硫化物等进行复合制备二元、三元的复合光催化材料，特别是构建异质结材料；这种特殊设计的异质结材料，能有效的促进光生电子和空穴的分离，抑制光生电子与空穴的复合，最终提高光催化效率。

在众多的光催化半导体材料中，氯氧化铋(BiOCl)因具有连接着两个Cl^-的[Bi₂O₂]²⁺二维层状结构，而展现出优异的理化性质。BiOCl的(001)晶面拥有较高的端氧原子密度而形成氧空位，提高其光催化活性。因拥有相匹配的能带结构，BiOCl与层状钙钛矿型光催化材料K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-复合可形成Ⅱ型异质结，拥有较高的光生电子与空穴的分离效率，进而提高光催化活性。同时，相比于零维/二维、一维/二维异质结构，二维BiOCl/二维K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-异质结的形成，拥有更多的活性位点，提高光捕获能力。