[发明专利]一种含氧空位的碳酸氧铋纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种含氧空位的碳酸氧铋纳米片的制备方法，包括以下步骤：A)将乙醇、水、十六烷基三甲基铵盐、六亚甲基四胺混合均匀，加入碳酸盐粉末和铋盐粉末，混合均匀，得到混合溶液；B)将上述混合溶液在高压条件下进行水热反应，分离固体，干燥后，得到无氧空位的碳酸氧铋纳米片；C)将上述无氧空位的碳酸氧铋纳米片在真空环境中，经紫外光照射，得到含氧空位的碳酸氧铋纳米片。本发明提供的制备方法操作简单，无需在复杂环境中就可以制备碳酸氧铋纳米片；所建立的光催化还原二氧化碳的实用方法效率高、稳定性高，并且可以在可见光催化还原，更加的贴近实际应用情况，符合可持续发展理念。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种含氧空位的碳酸氧铋纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源的过度消耗排放了大量的温室气体CO₂，急剧地加重了全球温室效应及其带来的冰川融化等环境问题，严重地威胁人类的可持续发展。如何缓解甚至解决上述现状，成为了全世界研究者面临的难题与挑战。目前，通过物理吸收、化学转化等手段将CO₂分子固定、转化为其他物质，可以有效降低大气中的CO₂浓度，有助于减缓上述环境恶化等问题。从化学转化的途径考虑，作为一种潜在的碳资源，CO₂分子可以通过光催化、电催化、热催化等技术转化为碳基小分子燃料，如一氧化碳、甲烷、甲醇等。其中，光催化还原CO₂被认为是一种极具潜力的绿色能源转化方案。一方面，光催化反应利用的能源是来源丰富且清洁的太阳能，不会引起化石能源燃烧导致的环境污染等问题；另一方面，与热催化等技术相比，光催化还原CO₂可在常温常压下进行，直接利用太阳光且无需耗费其它辅助能源，可真正实现碳资源的循环利用。迄今为止，大量光催化材料已经应用于光催化还原CO₂中，然而低的转化效率和较差的稳定性严重阻碍了其实际应用。因此，寻找高效、稳定的光催化剂引起了全世界的广泛关注。

近年来，原子级厚度的二维材料由于其新颖的电子，光学，机械性能而越来越受到广泛关注。这些原子级厚度的二维材料因具有巨大的表面积和众多配位不饱和的悬挂键，不但可以显著提高其本征性能，而且可以带来一些新的性质，如增强光吸收和提高载流子的分离效率等。以正交晶系碳酸氧铋(Bi₂O₂CO₃)为原型，当材料尺寸减小到原子级厚度时，将会赋予它们许多未配位的表面原子，这意味着更多的反应物吸附活性位点，有利于CO₂光催化还原。此外，已经被广泛研究了的催化剂缺陷工程可以扩展材料的光吸收，其产生的缺陷可能在材料的带隙中引入新的缺陷能级并调节电子能带结构，甚至可以捕获光生电子来提升光生电子-空穴的分离效率。鉴于此，发展一种制备缺陷态碳酸氧铋超薄纳米片的方法，并应用于优化光催化还原CO₂的性能势在必行。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种含氧空位的碳酸氧铋纳米片及其制备方法和应用，制备的含氧空位的碳酸氧铋纳米片应用于可见光催化二氧化碳还原催化剂，具有较高的光催化效率。

为达到上述目的，本发明提供了一种含氧空位的碳酸氧铋纳米片的制备方法，包括以下步骤：

A)将乙醇、水、十六烷基三甲基铵盐、六亚甲基四胺混合均匀，加入碳酸盐粉末和铋盐粉末，混合均匀，得到混合溶液；

B)将上述混合溶液在高压条件下进行水热反应，分离固体，干燥后，得到无氧空位的碳酸氧铋纳米片；

C)将上述无氧空位的碳酸氧铋纳米片在真空环境中，经紫外光照射，得到含氧空位的碳酸氧铋纳米片。

本发明优选的，所述步骤A)具体为：

将乙醇和水混合均匀，然后加入十六烷基三甲基铵盐，混合均匀，然后加入六亚甲基四胺，混合均匀，然后加入碳酸盐粉末和铋盐粉末，混合均匀，得到混合溶液。