[发明专利]一种无机/有机双异质结可见光催化复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无机/有机双异质结可见光催化复合材料及其制备方法和应用，材料是以BOB/B4OB(溴氧化铋异质结)为主体材料，通过酸性自组装在BOB/B4OB上负载PED(苝酰亚胺)的三相异质结结构；可见光催化复合材料的化学式为PED@BOB/B4OB。通过一锅水热法构成BOB/B4OB无机二型异质结材料，具有匹配的带隙和紧密的连接结构，实现光生载流子的高效分离；与PED构成双异质结，进一步提高了电荷分离效率，并且具有全光谱范围光吸收响应的特性。本发明具有高催化活性、稳定性良好等优点。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，涉及一种光催化材料，尤其涉及一种无机/有机双异质结可见光催化复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

可见光催化氧化技术由于其能耗低，无二次污染等问题受到了广泛的关注。然而当前光催化材料面临的问题是可见光下光催化效率低，主要原因是由于(1)光生载流子复合速率快，对光生电子的利用率低；(2)对可见光范围的光吸收少，大部分可见光波长的能量无法实现半导体的激发，从而限制了光催化领域的应用。为解决以上问题，通常通过构成半导体异质结或在半导体表面进行负载来提高光催化活性。现有已公开关于可见光催化材料的申请如下：

申请号为202010085795.6的发明申请公开了一种碘掺杂二氧化钛_溴氧化铋复合光催化剂及其制备方法，该方法首先以介孔二氧化硅作为载体，分别将一定比例的碘、溴氧化铋、二氧化钛负载于SBA-15上，制备得到碘掺杂二氧化钛-溴氧化铋复合光催剂。碘的引入能让复合材料保持较高的吸附能力、有序不易塌陷的孔道结构，同时可有效阻止TiO₂在热处理过程中的团聚，但是由于两种主体材料均在近紫外处激发导致对可见光的利用效率低。

申请号为202011573177.2的发明申请公开了一种二元复合纳米催化剂及其制备方法和应用，该方法是预先通过水热法合成BiOBr和CQDs，再通过将两种材料在无水乙醇中加热搅拌，直至无水乙醇完全挥发后置于马弗炉中进行煅烧，获得在BiOBr微球表面上紧密负载CQDs纳米晶的材料，同时在BiOBr中引入了氧空位。但是较大的纳米微球导致光生载流子迁移距离的延长，并不能充分提高光生载流子的分离效率，煅烧的方式可能会导致材料的聚合。

申请号为201910030245.1的发明申请公开了一种硫化铋_溴氧化铋磁性三元复合可见光催化剂的制备方法，该发明采用一步水热法制备了磁性复合的Bi₂S₃/BiOBr/SrFe₁₂O₁₉可见光催化剂，但是组分混乱可能会导致材料整体的晶体结构紊乱，形成较多的光生载流子复合位点，由于光生载流子的迁移方向并不明确，可能会导致光生载流子的无效分离和重组。

因此，亟需开发新型加快电子空穴分离速率的可见光催化材料，并提升对于可见光的吸收利用性能。

发明内容

本发明针对光催化材料自身存在的缺陷和现有技术中该类材料存在的不足，以BOB为基体材料，通过调节反应前驱体溶液中的pH，生成了导带价带位置均高于BOB的B4OB，实现了两种传统无机半导体之间的能级匹配，使其自发构成同时存在BOB/B4OB的异质结材料，利用紧密的化学键连接使得能带连续弯曲，促进光生载流子的分离；接下来通过酸碱条件调控在BOB/B4OB表面形成自组装的PED纳米纤维，从而构成双异质结，进一步提升光生载流子的分离效率，由于PED的引入扩展了材料的可见光响应范围，极大的提升了光催化剂对有机污染物的降解能力，为设计构建可见光催化材料提供了新的思路。

为实现上述目的，本发明提供一种无机/有机双异质结可见光催化复合材料，具有这样的特征：是以BOB/B4OB为主体材料，通过酸性自组装在BOB/B4OB上负载PED的双异质结结构；可见光催化复合材料的化学式为PED@BOB/B4OB。其中，BOB指BiOBr，B4OB指Bi₄O₅Br₂，BOB/B4OB为溴氧化铋异质结；PED指苝酰亚胺(Perylene diimide)。