[发明专利]一种负载单质铋的铋系光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明一种负载单质铋的铋系光催化剂及其制备方法和应用，所述方法包括步骤1，将无机碱、前驱物、Bi(NOsubgt;3/subgt;)和还原剂混合均匀，前驱物为钛酸四丁酯、四氯化钛、五氧化二钽或五氧化二铌，还原剂为水合肼、硼氢化钠、葡萄糖或抗坏血酸，前驱物和Bi(NOsubgt;3/subgt;)的摩尔比为(1‑12):1，得到前驱液；步骤2，先将前驱液进行水热反应10‑50h，之后将得到的沉淀物清洗后干燥，得到该光催化剂。铋单质不仅能提高复合光催化剂对可见光的利用率，使材料具有良好的SPR效应，以调控所制得材料对可见光的响应能力，能够促进表面光生载流子的分离，大大增强负载单质铋的铋系光催化材料在可见光下降解NOsubgt;x/subgt;的反应速率和效率。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体为一种负载单质铋的铋系光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代工业的发展和机动车辆的不断增加，人类向大气中排放的氮氧化物(NO_x)越来越多，打破了自然界的氮循环平衡，引起了酸雨、雾霾、光化学烟雾、臭氧层破坏、温室效应等恶劣的环境问题，而且NO_x中95％为一氧化氮(NO)，同时当NO浓度低于1ppm时，其与氧气反应速率大大减缓，严重危害生存环境，而且传统的方法很难降解空气中痕量(ppb级)NO_x。

以半导体材料为主导的光催化技术能将低浓度的NO转化成无毒产物并减轻其危害。在太阳光的作用下利用光催化材料产生的电子与空穴和多种活性氧物种与空气中的NO发生氧化还原反应，使其转化成HNO₃、N₂O、HNO₂、N₂等产物，这种方法能够高效去除低浓度NO且具有成本低廉且环境友好的特点。但是也存在一些问题限制光催化技术的实际应用，例如低的光吸收范围和高的电子与空穴复合概率。

将具有表面等离子体共振(SPR)效应的金属颗粒沉积到光催化剂表面不仅能够扩宽光吸收范围，而且作为电子受体使得半导体光生载流子能够实现有效的分离，降低载流子的复合概率，是提高光量子效率的常用方法。然而目前主要有Au、Ag、Pt、Pd等贵金属被广泛应用到光催化领域，存在成本高的缺点，而且大多数具有SPR效应的金属负载通常需要两步以上才能实现负载，同时可见光转化低浓度NO的移除率绝大部分都在65％以下，而且NO₂的生成率较高，这些因素进一步限制了其实际应用，因此利用简单的方法制备高效的光催化剂进一步提高低浓度流动相NO移除率是空气净化领域的难点之一。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种负载单质铋的铋系光催化剂及其制备方法和应用，制备方法简单、NO转化率高、价格低廉、广泛的光响应范围、NO₂产生量低。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种负载单质铋的铋系光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将无机碱、前驱物、Bi(NO₃)·5H₂O和还原剂混合均匀，前驱物为钛酸四丁酯、四氯化钛、五氧化二钽或五氧化二铌，还原剂为水合肼、硼氢化钠、葡萄糖或抗坏血酸，前驱物和Bi(NO₃)·5H₂O的摩尔比为(1-12):1，得到前驱液；

步骤2，先将前驱液进行水热反应10-50h，之后将得到的沉淀物清洗后干燥，得到负载单质铋的铋系光催化剂。

优选的，步骤1中所述的无机碱为氢氧化钾或氢氧化钠。

进一步，无机碱与前驱物的质量比为(0.4-12)：(0.2-6)。

优选的，步骤1中的前驱液中，无机碱的浓度为0.1-10M。

优选的，步骤1中还原剂与前驱物的质量比为(1.5-10)：(0.2-6)。