[发明专利]一种具有分级结构的BiInOCl多孔微球光催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于光催化技术领域，尤其涉及一种具有分级结构的BiInOCl多孔微球光催化剂；还涉及一种上述具有分级结构的BiInOCl多孔微球光催化剂的制备方法。本发明具有分级结构的BiInOCl多孔微球光催化剂，以硝酸铋，硝酸铟，盐酸，乙二醇为基本原料，通过简单的一步水热法，制得分级结构的BiInOCl多孔微球光催化剂。本发明的优点是光催化性能好，其全光光催化降解诺氟沙星、罗丹明B、甲基橙和亚甲基蓝的性能与现有技术相比均有显著提高。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，尤其涉及一种具有分级结构的BiInOCl多孔 微球光催化剂；本发明还涉及一种上述具有分级结构的BiInOCl多孔微球光催 化剂的制备方法。

背景技术

光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术，在光 照下即可将有机污物彻底降解为二氧化碳与水，同时光催化材料自身无损耗、 可循环利用，因而受到广泛研究。现阶段，研究较广泛的光催化剂主要有TiO₂、 g-C₃N₄、CdS、BiVO₄、WO₃、BiOX等，其中BiOX(X＝Cl、Br、I)作为新型光 催化剂由于其独特的电、光、催化性能而备受关注，且其独特的层状结构间 [Bi₂O₂]²⁺与X元素形成的内建电场能够有效的减少光生电子与空穴的复合，并因 此具有较高的光催化活性。

BiOX半导体中通过X的调节可以对BiOX的能带结构进行调整。BiOX中， 卤素原子X的原子序数越大、BiOX的禁带宽度越小，BiOCl(～3.2eV)，BiOBr (～2.7eV)，BiOI(～1.7eV)。研究发现，通过X原子的固溶，同样可以实现 对BiOX半导体的能带调控。如Jiaet.al通过调控BiOCl_1-xBr_x(x＝0，0.5，1) 中x的值，实现了禁带宽度由3.37ev到2.92eV到2.83eV的转变，且实现了对 导带位置和价带位置的同时调控。Lu et.al也发现通过对BiOBr_xI_1-x(x＝0～0.5) 中x的调节，可以实现对BiOBr_xI_1-x的导带、价带位置及禁带宽度的调节。虽然 卤素原子的固溶，可以减小半导体的带隙，拓宽其光响应范围，但是，带隙缩 短会使光激发产生的自由基能量下降，对全降解不利。而一定范围内拓宽半导 体禁带宽度，可以提升自由基能量，对污染物或水具有更好的完全分解能力， 因而也具有非常好工业应用价值。

除了对BiOX中X原子的调控外，对Bi位原子的调控亦能实现对BiOX的 能带调控。Pb由于与Bi位于同一周期，且原子半径相近，容易实现对BiOX中 Bi位的调控。研究发现，Pb²⁺可以插入到[Bi₂O₂]²⁺层间，Pb 6s²轨道在价带顶 (VBM)处占据较高的能态，而Pb 6p轨道在导带底(CBM)处占据较低的能 态，VBM和CBM的杂化态可以分别减小空穴和电子的有效质量，增大激发态 载流子寿命，从而提高光催化活性。但是，Pb是重金属、生物毒性较强，有“三 致”的危害。因此，需要寻求更为绿色的元素对BiOX的Bi位元素进行调控，来 实现对BiOX能带结构的调整，更好的实现其在光催化领域中的应用。

In与Bi位于相邻周期，且In与Bi同为+3价，同时In的原子半径略小于 Bi，在固溶过程中由于原子半径的不匹配，极有可能发生晶格畸变。此外，In 极易水解，形成局部酸性环境，使得生长反应的局部动力学发生变化，因而具 有调控产物微观形貌的可能性。

发明内容

本发明的目的之一是提供具有分级结构的BiInOCl多孔微球光催化剂，其 光催化性能好，全光光催化降解诺氟沙星、罗丹明B、甲基橙和亚甲基蓝的性能 与现有技术相比均有显著提高。