[发明专利]一种高催化活性的氮掺杂纳米BiOX型光催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种高催化活性的氮掺杂纳米BiOX型光催化剂及其制备方法，涉及光催化技术领域，分子式为(BiOX)_1‑YN_Y，X为Cl、Br、I任意一种，Y为0.25‑0.35％，制备方法包括以下步骤：将精铋加热熔融，通入氮气，继续加热得到过热熔体；雾化破碎得到超细熔珠，燃烧，得到液态Bi₂O₃；加入过量HX中，滴加氨水，得到BiOX胶体；制备BiOX凝胶；进行氮掺杂反应，反应时间为10‑15min，反应结束即可得到氮掺杂纳米BiOX型光催化剂，经过氮掺杂后，由于杂质态的引入，造成带隙梯级之间有新的杂质能级生成，能带层数相应增多，这些杂质能级作为中间能级，可以有效地协助电子从价带跃迁到导带，从而提高电子迁移率，杂质能级可以捕获电子，提高电子和空穴的分离率，提高了光催化剂的催化活性。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种高催化活性的氮掺杂纳米BiOX型光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化技术可通过半导体光催化材料直接将太阳能转化为化学能与电能，并能够对环境中有毒有害有机污染物实现完全矿化降解，

其原理是利用半导体作为催化剂，半导体被价电子占有的能带称价带，相邻的那个较高能带即激发态称为导带，在价带与能带之间存在禁带，当用能量大于禁带宽度的光照射时，能量大于禁带宽度的光电子被吸收，将价带的电子激发到导带，在导带中带有电子，在价带中产生空穴，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴具有极强的获取电子的能力，能将水中的OH-和H₂O氧化成具有强氧化性的OH·自由基，OH·自由基具有402MJ/mol的反应能，可以破坏有机物中的C-C、C-H、C-O、C-N、N-H键，将许多难降解的有机物氧化成为CO₂和H₂O等无机物，它被认为是目前解决人类社会能源和环境问题最具有潜力的技术方案之一。

1972年Fujishima首次提出光催化氧化的概念，吸引了来自化学、物理、材料、能源、环境等各方面学者的广泛关注。其中，对光催化剂的改性研究(提高光催化活性及扩大光的吸收范围)，尤其是离子掺杂改性研究，已经成为广大学者关注的焦点。

近些年，国内外学者研发了诸多新型光催化材料，如层状化合物、构筑型新型化合物、金属氢氧化物、多元金属氧化物等，其中，层状化合物中具有代表性的卤氧铋系BiOX(X＝Cl,Br,I)光催化材料，尤其是BiOCl半导体材料，表现出独特的层状结构、电子特性、光学性质以及良好的光催化活性和稳定性，引起光催化领域国内外科学家的极大关注，对其进行掺杂改性研究，提高其光催化活性是未来一段时间内具有极大潜力的发展项目之一。

申请公告号为CN 106984338 A的专利公开了一种利用工业废水制备半导体BiOxCly型光催化剂的方法，将五水硝酸铋加入至工业废水中，在功率为100Hz的超声机中超声并搅拌30min，使五水硝酸铋均匀分散在工业废水中，然后将工业废水和五水硝酸铋的混合溶液全部转移至反应釜中，拧紧反应釜后再置于均相反应器中，在一定温度条件下加热制备高光催化活性的半导体BiOxCly型光催化剂。所制备的半导体BiOxCly型光催化剂在紫外光照射下的光催化活性显著高于P25型二氧化钛及氯氧化铋半导体光催化剂的光催化活性；在制备半导体BiOxCly型光催化剂过程中，显著降低了废水中的COD、氯化钠等难以处理的污染物，同时总磷大部分转化成正磷酸盐，其光催化活性还可以通过掺杂改性进一步提高，从而提高对污水的处理能力。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高催化活性的氮掺杂纳米BiOX型光催化剂及其制备方法。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：