[发明专利]一种高效降解有机废水的S型Bi2

说明书

本发明公开了一种高效降解有机废水的S型Bisubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;/CuO异质结可见光催化剂及其制备方法，属于环境和能源技术领域。本发明通过一锅溶剂热法成功构建了铋铜双金属有机框架微球(Bi‑Cu‑MOF)，并以其为前驱体通过简单热解制得微/纳分级S型铋铜双金属氧化物异质结(Bisubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;/CuO)。本发明所得可见光催化剂中Bisubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和CuO之间S型异质结的构建不仅拓宽了催化剂的可见光吸收范围，而且形成了有利于光生载流子快速迁移的内建电场，优化了光生载流子的传输路径，使得该S型异质结氧化还原能力最大化，从而表现出优异的光催化降解性能；同时具有微/纳分级结构的S型Bisubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;/CuO异质结光催化剂在保持纳米材料高活性的同时还兼具微米材料易回收的优势。

技术领域

本发明属于环境和能源技术领域，具体涉及一种高效降解有机废水的S型Bi₂O₃/CuO异质结可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的快速发展，水污染问题日益严峻，对人类健康及生态环境都造成了一定的影响。水环境中污染物种类繁多，主要包括有机染料、药物残留成分、有机卤化物和表面活性剂等。这些污染物具有持久性，很难自然分解，因此迫切需要寻找一种高效、低能耗的方法来消除它们对环境的影响，光催化技术正是一种可以用来消除环境污染的绿色且高效的方法。然而，光催化技术在实际应用中仍面临许多阻碍，如催化剂的光响应效率低、光生载流子的复合速度过快以及催化剂易团聚难以回收等。已报道文献通过不同的方法尝试解决这些问题，如通过元素掺杂、引入缺陷及构建异质结等方法来解决光响应范围窄和光生载流子快速复合的问题，通过结构和形貌控制解决催化剂难以回收的问题及进一步提高催化性能。

S型异质结机理是一种可以取代Ⅱ型和Z型机理的全新概念。该异质结由氧化型光催化剂(OP)和还原型光催化剂(RP)组成，它的形成需要满足RP的导带和费米能级同时高于OP的导带和费米能级。由于费米能级的不平衡，RP中的电子会在界面处向OP移动，进而在界面处形成内建电场，并由此加速光生载流子的分离，致使氧化还原能力最大化，从而有效提高催化性能。

金属氧化物具有高稳定性、低成本和高催化活性等优点，被广泛应用于能源转换和环境净化等领域，如氧化铈、氧化铋、氧化钨、氧化铜。其中氧化铜(CuO)是一种价廉、易得、环境友好的半导体材料。氧化铜的窄带隙允许其在可见光下进行光催化反应，但又因其较窄的带隙使得光生载流子的复合速率过快，从而限制了光催化活性。CuO的导带位置较负，还原能力较强，是一种还原型光催化剂。氧化铋(Bi₂O₃)也是一种成本低、稳定性高的半导体光催化剂，然而与许多半导体材料类似，纯Bi₂O₃的光催化活性受到光生载流子分离效率的限制，难以满足工业应用的需要。但是Bi₂O₃价带的氧化能力较强，是一种氧化型光催化剂。

金属有机框架(MOFs)是由金属中心和有机配体通过配位结合形成的配位聚合物，因其高比表面积、高孔隙率、结构可调和形貌可控等优势在气体存储、传感、催化和吸附领域被广泛应用。由于MOFs的结构优势，常被用来作为合成纳米结构材料的前驱体，由MOFs作为前驱体的金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物已经被成功合成。

发明内容