[发明专利]用于污水净化协同可见光催化还原二氧化碳的CTFs/Bi/BiOBr复合光催化剂

说明书

本发明公开了一种用于污水净化协同可见光催化还原CO₂为CO的CTFs/Bi/BiOBr复合光催化剂及其制备方法与应用，其是采用溶剂热法将Bi/BiOBr引入共价三嗪有机框架中，合成所述CTFs/Bi/BiOBr复合光催化剂。该催化剂具有良好的可见光响应，能在有效去除污水中有机污染物的同时实现其对光催化还原CO₂为CO的协同促进，为水污染和能源危机提供了一种潜在的解决方案，且该合成方法简单便捷，适用范围广，具有较大的应用潜力。

技术领域

本发明属于光催化材料制备技术领域，具体涉及一种用于污水净化协同可见光催化还原CO₂为CO的CTFs/Bi/BiOBr复合光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，由于化石燃料的大量燃烧，空气中CO₂的浓度急剧增加，加剧了全球变暖。太阳能作为一种绿色低碳的可再生能源，若对其加以利用将节约巨大资源。光催化技术能将CO₂还原为高附加值燃料，可以减缓环境污染及能源短缺问题。然而，光催化材料的研究主要存在太阳能利用率低、光生电子-空穴分离效率低及还原产物选择性差等一系列问题。因此，开发高效可见光光催化材料是本领域研究的核心。共价三嗪有机框架（CTFs）作为一种独特的有机框架材料，是由三嗪环基元连接有机官能团而形成的有机框架材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性，其内部的π共轭结构能够促进光生电荷的传输以及光生载流子的分离，为CO₂的吸附和反应提供更多的位点，并可以加快光催化反应的进行，是一类拥有极大发展前景的新型有机光催化材料。

在前期研究工作中，已成功制备出一种新型富氮的共价三嗪有机框架（BI J H,FANG W, LI L Y, et al. Covalent triazine-based frameworks as visible lightphotocatalysts for the splitting of water. Macromolecular RapidCommunications, 2015, 36(20): 1799-1805.），其具有较为合适的能带结构，与CO₂分子之间存在路易斯酸碱作用，可为CO₂转化提供先决条件。然而，在传统的光催化CO₂还原反应中，通过投加额外试剂（如牺牲剂、光敏剂等）来改善光催化性能，将大大提高成本，降低了实际应用性；此外，其依然存在光响应范围窄、光生载流子复合率较高、量子效率较低等问题。为了解决上述问题，本发明通过构筑CTFs/Bi/BiOBr复合光催化剂异质结，增强了光生空穴和电子的氧化还原能力，其可在内部电场力的作用下促进光生电子-空穴对的有效分离，降低光生载流子的复合，充分利用其电子，提高还原CO₂的能力。同时，通过投加生活污水，可消耗光催化反应过程中产生的空穴，从而可在不添加牺牲试剂的条件下提高电子利用率，节约了成本，实现了环保与产能的双重收益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于污水净化协同可见光催化还原CO₂的CTFs/Bi/BiOBr复合光催化剂及其制备方法与应用。该复合光催化剂具有良好的可见光响应，能在去除生活污水中有机污染物的同时实现其对光催化还原CO₂为CO的协同促进，且该富含光催化剂的合成制备对设备要求不高，生产成本低，具有良好广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于污水净化协同可见光催化还原CO₂的CTFs/Bi/BiOBr复合光催化剂，其是采用溶剂热法将Bi/BiOBr引入共价三嗪有机框架中，使其具有良好的可见光响应，从而合成一种能在有效净化污水的同时协同促进光催化还原CO₂的可见光光催化剂。该可见光光催化剂中共价三嗪有机框架与Bi/BiOBr的质量百分比为10-40%。

所述CTFs/Bi/BiOBr复合光催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）共价三嗪有机框架的制备：