[发明专利]富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂及其制备方法和应用。该富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂包括如下重量份的原料：80‑98份富铋溴氧化物、1‑10份聚苯胺、1‑5份氧化石墨烯。该催化剂中聚苯胺的引入有利于延长光吸收区域并更有效的利用长波光，本发明制备的复合光催化剂催化性能大大提高，制备过程简单。

技术领域

本发明涉及光催化分解水制氢领域，具体涉及一种富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

能源问题一直是人们关注的重要问题，随着地球能源储备日益消耗以及由于过度开发而导致的环境问题日益加剧，人们逐渐把目光放在了怎样利用自然的清洁能源来满足人类的需求上面。利用太阳能将水分解得到H₂和O₂，既满足了人们对能源的需求又不产生环境问题，这种方法不仅生产出一种不含碳的燃料，同时又实现了环境系统的可持续发展。

溴氧化铋作为光催化剂具有非常大的潜力，通过改变制备方法和条件可以调控溴氧化铋光催化剂的尺寸，形貌和晶面结构等，从而改善其光催化活性。溴氧化铋作为一种三元结构的半导体材料，具有高度各向异性的层状结构，高化学稳定性以及合适的禁带宽度等物理化学性质，显示出优异的电学，磁学和光学性能，近几年来，卤氧化铋由于其良好的物理化学性质和可见光响应，成为光催化剂的一个新的方向。

聚苯胺(PANI)是一种重要的导电聚合物，具有π-π共轭的电子结构，也被视为有机窄带隙(2.8eV)半导体，可以有效地传导光生电子，提高材料的光生电子-空穴的分离效率，提高材料的光催化活性。PANI在可见光区有较高的吸收系数，能够直接利用太阳光。

石墨烯是具有二维碳原子的单片层结构，具有优异的电性能、高透光、柔顺结构、高比表面和导热性等特点，在复合材料、电池和太阳能电池和光催化领域有着潜在的应用。其中，其良好的导电性和大的比表面积，使石墨烯可以用作光催化剂载体。如果把石墨烯引入到半导体材料中，发挥它们的协同作用，必将有效地提高材料的光催化性能。

但到目前为止，还没有将上述卤氧化铋、聚苯胺以及石墨烯同时进行组合而制备出的复合光催化剂，因此亟需设计一种提高光催化性能效果更好的复合光催化剂。

发明内容

为了能够提高复合光催化剂的可见光催化性能，本发明的目的在于提供一种富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂，该复合光催化剂具有高效的可见光催化产氢性能。

本发明的另一个目的在于提供所述富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供所述富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂在制取氢气中的应用。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂，包括如下重量份的组分：80-98份富铋溴氧化物、1-10份聚苯胺、1-5份氧化石墨烯。

本发明所制备的富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂具有高效的可见光催化性能，其原因可能归因于聚苯胺的引入有利于延长光吸收区域并更有效的利用长波光，同时元素配比的改变导致的光催化性能的提高。

根据本发明的一些具体实施方案，所述富铋溴氧化物包括Bi₂₄O₃₁Br₁₀。

根据本发明的一些具体实施方案，所述富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂通过包括如下步骤的方法制备而成：将富铋溴氧化物加入聚苯胺和氧化石墨烯溶液中合成所述富铋溴氧化物、聚苯胺和氧化石墨烯复合光催化剂。