[发明专利]一种富铋型二维纳米卤氧化铋基光催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种富铋型二维纳米卤氧化铋基光催化剂的制备方法，属于光催化技术领域。本发明提供的制备方法包括以下步骤：将铋源溶液、卤化盐和氨水溶液混合，得到悬浊液；将所述悬浊液进行溶剂热反应，得到富铋型二维纳米卤氧化铋基光催化剂；所述溶剂热反应的温度为100～220℃。本发明采用简单的一步溶剂热反应，通过反应温度条件的控制，可得到不同的单体卤氧化铋以及卤氧化铋固溶体和复合物卤氧化铋体系，制备工艺简单，产品种类多样，成本低廉，操作重复性好，产率高。本发明所述方法所制备的催化剂具有均相结构且具有高效的可见光光催化活性，对有机污染物的降解具有显著效果，在能源、环境污染物治理等方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种富铋型二维纳米卤氧化铋基光催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，光催化技术被认为是解决能源问题和环境污染的有效技术之一，受到了广泛的研究，寻找廉价、高效、光谱响应范围宽、环境友好的光催化剂一直是光催化技术的研究核心。在众多可见光响应半导体光催化剂中，卤氧化铋作为一类典型的Bi基半导体光催化剂，具有无毒、廉价、耐腐蚀以及化学性质和光学性质稳定的优点，被广泛应用于光催化能源转化和污染物治理方面。

对于传统的卤氧化铋BiOX(X＝Cl、Br、I)，由于其本征半导体能带结构的限制，使其不能同时兼顾宽的光响应范围和良好的催化剂氧化还原能力，极大地限制了BiOX的光催化活性。同时，BiOX光生电子与空穴极易复合，导致其光催化效率较低，制约了其在光催化方面的应用。卤氧化铋的价带主要是由O2p态和Xnp态(X＝Cl,Br,I；n＝3,4)组成，导带通常由Bi6p态组成，而卤氧化铋的能带结构与各组分原子之间的比例和种类有密切的联系。研究发现，合成富铋型卤氧化铋(Bi_mO_nX_p；X＝Cl,Br,I；m＞p)，可改变其导价带组成，使其能带结构发生变化，改变催化剂光响应范围和氧化还原能力，从而促进催化剂的光催化活性(如Applied Catalysis B:Environmental 2020,262,118262和Journal of Colloid andInterface Science,2019,534,301-311)。另外，通过形成卤氧化铋固溶体(如BiOCl_1-xBr_x、BiOCl_1-xI_x和BiOBr_1-xI_x，如专利201711196343.X)以及构建卤氧化铋复合物体系可有效改善催化剂的光生电荷分离效率，表现出比单一卤氧化铋更为优异的光催化性能。此外，若控制卤氧化铋材料合成超薄二维纳米片结构，可为催化反应提供更多的活性位点，并显著缩短光生载流子从体相向表面迁移的路程，提高迁移过程中光生载流子的分离效率，有利于光催化活性的提高。

目前，关于富铋型卤氧化铋固溶体或富铋型卤氧化铋复合物体系的研究还比较少，且一般多采用两步合成方法，如南阳师范大学叶立群课题组(Applied Catalysis B:Environmental 2017,203,633-640.)通过溶剂热反应和常温水解反应两步法制备了微米球状Bi₄O₅Br_xI_2-x固溶体，中国地质大学黄洪伟课题组(Applied Catalysis B:Environmental 2016,199,75-86.)通过水热法和沉淀法制备了微米球状的BiOI@Bi₁₂O₁₇Cl₂复合体系，但是其合成方法较为复杂，微米球状结构不利于催化反应的充分进行，且复合体系多为两相结构，有待进一步改善。目前还没有仅通过一种方法即可制备多种均相富铋型卤氧化铋单体、固溶体和复合物体系的方法。因此，开发新型简单高效的制备方法合成具有二维纳米结构的富铋型卤氧化铋基光催化剂具有重要意义。

发明内容