[发明专利]一种低温溶剂热制备纳米级钴基软铋矿高效光催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种低温溶剂热制备纳米级钴基软铋矿高效光催化剂的方法，属于环境科学与无机材料制备领域。本发明采用溶剂热法制备一种纳米级钴基软铋矿高效光催化剂Bi₂₅CoO₄₀。本发明利用铋盐和钴盐在特定的碱液体系中沉淀，然后在一定温度与适宜时间下进行溶剂热反应，制得纳米级钴基软铋矿高效光催化。本发明方法成本低、工艺简单、易于控制，为其他类似结构的纳米级软铋矿光催化剂制备提供借鉴；所得催化剂有颗粒粒径小、活性高的特点，对染料和酚类等水中有机污染物表现出良好的可见光催化降解活性，在可见光有机污染物降解领域拥有广泛的潜在应用前景。

技术领域

本发明涉及一种低温溶剂热制备纳米级钴基软铋矿高效光催化剂的方法，属于环境科学与无机材料制备领域。

背景技术

光催化作为高效和低能耗的环境治理技术，近年来得到广泛的研究。半导体光催化剂的性能受到催化剂颗粒粒径的影响，颗粒粒径小则具有相对较大的比表面积和较短的光生电子传输路径，有利于污染物的扩散和光生电子较快转移至催化剂表面进行反应。将新型、大尺寸光催化剂纳米化，是目前光催化研究的热点方向。

铋盐是无机半导体光催化剂中较常见的一类。软铋矿是近年来刚发现的铋盐光催化剂的一种，对其光催化性能的研究具有较大意义。目前软铋矿光催化剂的制备多采用水热合成、高温固相反应等方法，颗粒粒径多处在微米级，其可见光活性仍具有较大的提升空间。例如中国专利CN105129850A提出了一种水热法制备钒酸铋软铋矿的方法，但钒酸铋软铋矿的颗粒粒径为1-2μm，活性较差，添加硼氢化钠情况下，80min分钟内还未完全降解4-氨基苯酚。中国专利CN101147859A提出一种溶剂热法合成钛酸铋软铋矿的方法，虽使用溶剂热方法，但颗粒粒径为5-20μm，粒径仍不能有效减小。美国专利US20110155971A1提出一种水热法合成钛酸铋软铋矿的方法，其粒径虽处在纳米级，但钛酸铋禁带宽度大于3.0eV，不能有效利用太阳光。印度专利IN201841028670A提出一种水热法合成铁酸铋软铋矿的方法，其铁位缺陷较多，且颗粒粒径为1mm。除已发表的专利外，目前文献上也多采用水热反应或高温固相方法合成新型软铋矿光催化剂(比如：Wang Pei et al.Ultrason.Sonochem.38,2017,289–297，Zhang Lei et al.CrystEngComm.2015,17,6527-6537，Hu Jin Song etal.RSC Adv.2015,5,78457)，同样普遍存在粒径过大、可见光活性低的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明首次提出一种新型溶剂发制备纳米级钴基软铋矿Bi₂₅CoO₄₀光催化剂的方法，所得催化剂的颗粒粒径小、降解污染物活性好，有很好的环境化学应用前景。

本发明的第一个目的是提供一种制备纳米级钴基软铋矿Bi₂₅CoO₄₀光催化剂的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)利用强碱溶于溶剂中，配置1～3mol/L的碱液A；

(2)将铋盐和钴盐加入到碱液A中，形成固体沉淀，分离、收集固体沉淀；然后置于反应容器中进行溶剂热反应，反应结束后，固液分离，收集固体沉淀，洗涤、干燥。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)溶剂为乙醇，或者水和乙醇的混合体系。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)溶剂中水和乙醇的体积比为(0:30)～(22.5:7.5)。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中强碱包括如下任意一种或多种：氢氧化钠、氢氧化钾。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中铋盐与钴盐中Bi³⁺与Co²⁺的摩尔比为(1.2～2.5)：0.1。