[发明专利]一种三元异质结石墨烯-氧化铋/卤氧化铋可见光光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三元异质结石墨烯‑氧化铋/卤氧化铋可见光光催化剂及其制备方法，属于催化剂领域，解决了单体BiOX和Bi2O3光催化效率偏低的问题。本发明光催化剂由石墨烯、氧化铋及卤氧化铋组成，石墨烯占该催化剂总质量的0.25%‑20%。制备方法：将硝酸铋溶解在硝酸溶液中，溶解后用碱液调节pH至中性，制得氧化铋；氧化石墨和Bi₂O₃反应制得Graphene‑Bi₂O₃；Graphene‑Bi₂O₃中加入氢卤酸超声反应得到Graphene‑Bi₂O₃/BiOX催化剂。本发明光催化剂解决了光生电子和载流子复合率高的问题，提高了光催化性能；制备方法采用水热合成法，步骤简单，合成时间短。

技术领域

本发明属于催化剂领域，具体涉及一种三元异质结石墨烯-氧化铋/卤氧化铋可见光光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化在直接利用太阳能解决环境污染和能源短缺等问题上表现出潜在的应用前景。光催化剂作为光催化的核心部分，研究和开发具有高活性的可见光催化剂成为光催化领域的难点和热点。其中半导体光催化技术是一种环境友好型的催化新技术，半导体光催化剂在光照条件下产生电子-空穴对，光生空穴具有很强的氧化能力，能夺取粒子表面有机物中的电子，将吸附在半导体表面的OH¯和H₂O 氧化，生成具有强氧化性的羟基自由基(·OH)，并有效地氧化降解生物方法难以降解的有毒有机污染物，并最终完全分解为CO₂、H₂O，甚至在降解过程中不产生二次污染物，同时有效地利用太阳光作为光源可缓解能源危机。

含铋光催化剂大多具有可见光响应的优点以及通过构建异质结能够有效提高光催化剂活性的特点，但人们对Bi₂O₃催化剂的研究过程中发现两大缺陷：一是光生电子与光生空穴容易复合，量子效率低；二是Bi2O3在反应过程中不稳定，先由α相变成β相，进而转变为(Bi₂O₂)CO₃。因此单独利用氧化铋的研究相对较少。

BiOX（X=Cl、Br、I）光催化剂因其具有独特的电子结构和能带结构，在光催化降解有机污染物方面表现出优于其它类型半导体的催化降解性能。但单独的BiOX（X=Cl、Br、I）在降解有机污染物时活性较低，同时不同的BiOX（X=Cl、Br、I）在降解相同有机污染物时活性也不同。

自2004年被发现以来，石墨烯(Graphene)由于结构独特、性能优异、理论研究价值高、应用前景广阔而备受关注。它具有非常大的理论比表面积、很高的杨氏模量、超高的光学透过率、优良的导热性和导电性。目前，人们已将石墨烯基纳米材料广泛应用于吸附剂、催化剂、药物载体等领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种三元异质结石墨烯-氧化铋/卤氧化铋可见光光催化剂，以解决单体BiOX和Bi2O3光催化效率偏低的问题。

本发明的另一目的是提供一种三元异质结石墨烯-氧化铋/卤氧化铋可见光光催化剂的制备方法。

本发明的技术方案是：一种三元异质结石墨烯-氧化铋/卤氧化铋可见光光催化剂，其中X为卤族元素，由石墨烯、氧化铋及卤氧化铋组成，其中石墨烯占该催化剂总质量的0.25%-20%。

作为本发明的进一步改进，卤族元素X与Graphene-Bi₂O₃的摩尔比为0.2-2.4:1。

一种三元异质结石墨烯-氧化铋/卤氧化铋可见光光催化剂的制备方法，包括以下步骤：