[发明专利]一种光催化剂Bi5

说明书

一种光催化剂Bi₅O₇Br的合成方法及其应用，属于纳米材料技术领域，可解决现有Bi₅O₇Br催化剂的制备需要高温高压，长时间反应和有机溶剂溶解等条件的问题，本发明以五水硝酸铋和溴酸钠为原料，以氨水为pH值调节剂，利用简单经济环保的常温水解法制得带隙较窄、可见光响应能力较强、组成单一的Bi₅O₇Br光催化剂，本发明所用原料廉价易得，不使用有机溶剂，所用方法简单易行、经济环保，不产生有毒有害副产物，所用条件常温常压、简单安全，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种光催化剂Bi₅O₇Br的合成方法及其应用，可以用于降解环境中的药物。

背景技术

近年来，药物制剂被频频的在饮用水中检测到，严重威胁到了生态环境和人体健康，此类新型的药物污染问题已成为了全球和我国所面临的重大环境问题之一。多相光催化氧化技术由于高效节能、低成本，操作简单和可持续应用，而在药物去除技术中表现出了良好的应用前景。

在众多的光催化剂中，BiOBr半导体光催化剂由于其独特的开放式层状结构、间接跃迁模式以及优良的光催化活性，在其被发现之时就受到了各国科研工作者们的青睐和关注。但其活性仍受到一系列诸如太阳光响应能力低、光生电子-空穴对复合率高以及氧化还原能力弱等因素的制约。从物质本质属性出发，上述制约因素均与催化剂的价带和导带位置有关，而对于Bi-O-Br三元化合物来说其价带主要由Br 4p和O 2p轨道组成，导带主要由Bi 6p轨道组成，通过调控BiOBr催化剂中Br、O、Bi三种元素的比值可以有效地改变催化剂的带隙结构，使其具有更强的可见光响应能力和光生电子-空穴氧化还原能力(Journal ofmaterials chemistry 2012, 45 (5), 2688-2697、RSC advances 2016, 6 (53), 47545-47551、Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 2014, 45 (4),1892-1909)，进而改善催化剂的性能。因此，寻找一种简单有效的调控方法制备高活性的非化学计量比BiOBr光催化剂成为了该领域的研究重点。

在目前所制的非化学计量比BiOBr催化剂中，Bi₅O₇Br由于其导带电子的还原能力更强，电子空穴对的分离效率更好而表现出了优异的有机污染物降解活性。如叶立群等人首次利用水热法合成了Bi₅O₇Br，且可以有效地降解罗丹明B（LiQun Ye et al. AppliedSurface Science. 2015, 346, 311–316）；中国专利申请“一种带状结构的Bi₅O₇Br纳米光催化材料的制备方法”（专利申请号201710184498.5）成功制备出带状催化剂，且在50分钟内可以降解甲基橙93.4%；中国专利申请“可见光催化剂Bi₅O₇Br及其制备方法”（专利申请号201410029932.9）采用改进低温水热法，首次制备出十字星型的Bi₅O₇Br，且可以有效地降解罗丹明B和甲基橙。然而，目前报道的此类催化剂的制备均需要高温高压，长时间反应和有机溶剂溶解等条件，因此寻找出一种简单经济环保的制备方法，可以有效响应可见光且对难降解药物有较好催化活性的Bi₅O₇Br催化剂，具有重大的意义，同时也是光催化技术领域一项长期而艰巨的任务。

发明内容