[发明专利]一种具有硫空位的硫化铋催化剂的应用

说明书

本发明提供一种具有硫空位的硫化铋催化剂的应用，用于可见‑近红外光催化，所述可见‑近红外光催化应用于固氮。本发明制得的含硫空位硫化铋催化剂稳定、高效、价格低廉、环境友好，在能源、环境污染与治理等应用前景广阔；以水为还原剂，太阳光下氨气产量为122.9μmol g^‑1h^‑1是其他含少量硫空位硫化铋的4.3倍；在近红外光下氨气产量为58.6μmol g^‑1h^‑1，是其他含少量硫空位硫化铋的2.6倍。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，更具体地说，涉及一种含有硫空位硫化铋纳米棒光催化剂的制备及其在可见-近红外光催化固氮的应用。

背景技术

氮元素是地球上不可缺少的元素，然而大气中的氮气却并不能被直接利用，因此固氮这一课题引起了人们广泛关注。传统的工业固氮通过哈柏法将氮气还原为氨，这一方法不仅需要在高温(300-600℃)和高压(15-25MPa)下进行，而且消耗全球1％-2％的能源并释放大量的温室气体。为了节约能源，保护环境，寻找新的方法来规避哈柏法造成的这些问题成为当务之急。

自1977年首次报道出在铁掺杂的二氧化钛表面上氮气可以发生光还原反应以来，光催化固氮技术便为固氮领域带来了新的前景。然而光催化固氮反应需要满足以下几个条件：1，在太阳光照射下，半导体光催化剂生成的光生电子能够打断氮气分子中的N≡N；2，半导体光催化剂应具备合适的带隙结构，导带位置一般低于-0.09eV(vs NHE)，这样有利于氮气被还原为氨，价带的位置一般高于1.23eV(vs NHE)，这样有利于水被氧化为氧气；3，太阳能固氮反应中，大部分光催化剂只能吸收利用紫外-可见光，仅占太阳光能的50％，因此应通过半导体光催化剂的改性而提高太阳光能的利用；4，为实现保护环境、节约能源的目的，半导体光催化剂应具备重复利用、利于回收以及无毒无害等特征。

最近研究表明，硫化物在光催化固氮领域引起了人们广泛的关注，例如：硫化铟、二硫化钼、硫化镉等。硫化铋(Bi₂S₃)具有较宽的光吸收范围，可以吸收700nm以上的太阳光谱；合适的带隙结构，有利于光生电子空穴对的生成；以及原材料低廉易得，生产工艺操作简单等优点。但是传统的硫化铋并没有很好的固氮能力，因此，为了提高其固氮效率，含有硫空位的硫化铋不仅在光催化固氮领域是一种新型材料，而且还具备近红外固氮的性能，这在光催化固氮领域占有很重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种硫化铋纳米棒光催化剂在可见-近红外光固氮的应用，以解决传统的硫化铋并没有很好的固氮能力，也不具备近红外固氮的性能，而工业固氮浪费能源，破坏环境等问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有硫空位的硫化铋催化剂的应用。

所述具有硫空位的硫化铋催化剂的应用，作为催化剂用于可见-近红外光催化固氮。

优选的，所述可见-近红外光催化应用于固氮。

所述有硫空位的硫化铋催化剂在可见-近红外光催化过程中的使用。

优选的，有硫空位的硫化铋催化剂在可见-近红外光催化固氮过程中的使用。本发明具有优点在于：

1、本发明制得的含硫空位硫化铋材料作为光催化剂应用于光催化领域，该催化剂稳定、高效、价格低廉、环境友好，操作方法环保、简单，因此在能源、环境污染与治理等应用前景较为广阔；

2、本发明制得的含硫空位硫化铋在光催化固氮中，可充分利用近红外光，大大的拓宽了光的吸收范围，加大了太阳光的利用率，具有良好的光催化固氮性能；