[发明专利]一种M型异质结半导体及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种M型异质结半导体及其制备方法和应用。本发明提供的M型异质结半导体利用Ag的费米能级低于BiOBr和Ag₃PO₄导带电位的原理，使得BiOBr和Ag₃PO₄导带中电子会传导至Ag纳米线上，Ag纳米线主要起到俘获和传导BiOBr与Ag₃PO₄导带中光生电子的作用，这种M型异质结解决了传统Z型复合光催化剂中存在的通过牺牲两种半导体上的光生电荷来抑制光催化剂中光生电荷复合的问题，使M型异质结半导体具有优异的光催化效率。

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种M型异质结半导体及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，环境污染和能源短缺已成为人类面临的主要难题。光催化技术是指半导体光催化剂能够在太阳能的驱动下降解有机物和分解水制氢，被认为是解决环境污染和能源短缺的“绿色”理想技术。

光催化剂作为光催化技术的核心，是实现高效光催化降解有机物的关键。传统的光催化剂如TiO₂和ZnO只能在紫外光的照射下进行光催化反应。为了更好的利用太阳能，可见光光催化剂的开发成为当下研究的重点。其中，Bi系光催化剂(如Bi₂O₃，BiOBr和BiFeO₃等)受到了人们的广泛关注，其作为可见光光催化剂在光催化降解有机物等方面具有较好的应用潜力。为了更好地发挥Bi系光催化剂的潜能，拓展其光吸收范围和抑制光生电荷的分离成为主要的研发方向。

目前，对于Bi系光催化剂的改性以构建Z型异质结为主。而Z型异质结主要是分别通过牺牲两种半导体中的光生电子和空穴来抑制光生电荷复合，从而提高光催化效率。Z型异质结的缺点在于，其需要分别牺牲两种半导体中的光生电子和空穴来抑制光生电荷复合，这个过程使得一部分光生电荷无法参与光催化反应，导致光催化剂的催化效率无法达到预期的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种M型异质结半导体及其制备方法，本发明提供的M型异质结半导体无需牺牲光生电荷就能够到达光生电荷分离效率，且具有优异的光催化效率。

本发明提供了一种M型异质结半导体，包括BiOBr以及负载在所述BiOBr表面的Ag纳米线-Ag₃PO₄纳米颗粒复合物。

优选的，所述BiOBr的形态为片状；所述BiOBr的片径为2～50nm。

优选的，所述BiOBr的质量与Ag和Ag₃PO₄总质量的比为1：(0.015～0.24)。

本发明还提供了上述技术方案所述M型异质结半导体的制备方法，包括以下步骤：

将Ag纳米线分散液与AgNO₃溶液和磷酸类盐溶液混合，进行共沉淀反应，得到Ag纳米线-Ag₃PO₄纳米颗粒复合物；

将所述Ag纳米线-Ag₃PO₄纳米颗粒复合物与BiOBr水分散液混合，进行水热反应，得到M型异质结半导体。

优选的，所述Ag纳米线分散液中包括Ag纳米线和分散溶剂，所述Ag纳米线与分散溶剂的用量比为0.01g：(80～192.5)mL。

优选的，所述AgNO₃溶液的浓度为0.009～0.072mol/L；所述磷酸类盐溶液的浓度为0.003～0.024mol/L；所述Ag纳米线分散液中Ag纳米线的质量与AgNO₃溶液的体积、磷酸类盐溶液的体积之比为0.01g：(5～40)mL：(5～40)mL。