[发明专利]集全谱响应和光热效应的异质结光催化剂及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种集全谱响应和光热效应的异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将铋源溶于甘露醇溶剂中，搅拌混匀后加入含有氯源的水溶液，将所得水溶液进行水热反应离心、洗涤、烘干后制得BiOBr前驱体；调整BiOBr与硫源比例加入去离子水中搅拌均匀；所得的混合溶液进行二次水热反应即得BiOBr/Bi₂S₃，作为光催化剂在降解有机染料、抗生素、重金属污染物中应用。本发明制备的材料具有高效催化还原作用，且具有光生载流子分离效率高、可有效利用近红外光、催化效率高的优点；材料制备方法简单，反应条件温和，成本低廉，适合大范围生产，是一种新型高效的光催化降解Cr(Ⅵ)的材料。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及集全谱响应和光热效应的异质结光催化剂及其制备与应用。

背景技术

随着工业化、城市化进程的加快，工业废水和生活污水的不合理排放，已对水体产生了严重污染，导致水中各种难以降解的污染物积累，对环境和人体健康造成很大影响。半导体光催化是一种清洁能源的高效利用技术，被认为是解决当前环境污染问题的有效手段之一。

BiOBr作为一种层状半导体，在光学、电学、磁学和光催化等方面具有较好的性能，从而引起了广泛的关注与研究。但由于光谱响应范围窄、光生电子-空穴对易复合，使其光催化效率受到限制。因此，开发具有高光生载流子分离效率、宽光谱响应、低成本的BiOBr基复合材料仍然是巨大的兴趣和挑战。

近年来，构建异质结已成为改善半导体材料光催化性能的研究热点。研究表明，构建异质结可提高电子分离及载流子转移效率，降低电子-空穴对的复合几率。然而，光响应范围窄仍然是制约其光催化效率的关键因素之一。

硫化铋(Bi₂S₃)作为一种窄带隙半导体，具有对整个可见光区域的光响应能力。这些特性使得Bi₂S₃成为许多宽带隙半导体的增敏剂。例如，与硫化镉、Bi₄Ti₃O₁₂、BiFeO₃等耦合。研究发现，这种组合有利于提高可见光吸收和光生载流子分离。特别是，非均质结构中的两种物质具有相同的元素，这有利于构建紧密接触界面。近年来，BiOBr/Bi₂S₃异质结被构建用于降解有机污染物、有机磷农药检测和药物。然而，关于原位合成BiOBr/Bi₂S₃异质结进行光催化还原Cr(Ⅵ)的研究较少，且都没有充分利用Bi₂S₃优异的近红外吸收能力和光热特性，导致光催化活性提升有限。因此，发展新的方法，原位合成BiOBr/Bi₂S₃异质结光催化剂，对于发展Bi系光催化材料及其应用具有较好的研究意义与研究价值。

因此，为了解决上述问题，本文提出集全谱响应和光热效应的异质结光催化剂及其制备与应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明设计了集全谱响应和光热效应的异质结光催化剂及其制备与应用，本发明提供的制备方法获得的材料具有优异宽光谱响应能力和光热转化能力，可有效利用太阳光，显著提高光催化效率。

为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种集全谱响应和光热效应的异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1、将铋源溶于甘露醇溶剂中，搅拌混匀后加入含有氯源的水溶液，将所得水溶液进行水热反应离心、洗涤、烘干后制得BiOBr前驱体；

Step2、调整BiOBr与硫源比例加入去离子水中搅拌均匀；

Step3、将Step2中所得的混合溶液进行二次水热反应，所述的水热反应温度为120℃～220℃，水热反应时间为6～36h，即得。