[发明专利]一种氧空位修饰的碘酸氧铋、其制备方法及在光催化合成过氧化氢中的应用

说明书

本发明公开一种氧空位修饰的碘酸氧铋、其制备方法及在光催化合成过氧化氢中的应用，于材料制备技术领域。采用水热法制备碘酸氧铋纳米片(以下简称为BIO)，利用简单的化学溶剂法制备氧空位修饰的碘酸氧铋(以下简称为BIO‑OVs)。氧空位的引入可以有效拓宽光吸收范围，促进光生载流子的分离和传输，进一步提高光催化性能。在纯水、空气氛和模拟太阳光下测试光催化产生过氧化氢性能，BIO2‑OVs‑2样品过氧化氢产量比BIO2提高约3.1倍。同时，BIO2‑OVs‑2样品的表观量子产率在350 nm处能达到5.8%。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种氧空位修饰的碘酸氧铋、其制备方法及在光催化合成过氧化氢中的应用。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)是一种绿色高效的氧化剂，广泛应用于造纸纺织、急救医药、环境修复、电子工业等领域。同时，H₂O₂还可以作为液体燃料用于单室燃料电池发电，H₂O₂的能量密度与H₂相当，比H₂更具成本效益，更易于储存和运输。目前工业上生产H₂O₂的主要工艺是蒽醌氧化法，该工艺能耗大，成本高，环境污染严重，已不能满足现代发展的要求。新开发的氢氧直接合成法、醇氧化法和电化学法存在爆炸风险和急性有毒副产品，以及繁琐的净化步骤等缺点。因此，开发绿色、可持续、安全的H₂O₂生产方法是非常必要的。

以太阳能作为能量来源，从H₂O和O₂中生产H₂O₂的光催化技术是实现绿色和可持续合成H₂O₂的潜在的可行的方法。在过去的十年中，开发高效的生产H₂O₂的光催化剂引起了研究者的兴趣。已报道的催化剂有金属氧化物，石墨相氮化碳基，有机金属框架，铋基催化剂等。BiOIO₃作为铋基光催化剂的新成员，具有宏观极性有助于光生电子和空穴的分离能进一步增强光催化活性。但是，它的带隙比较宽(~ 3.2eV)，只能被紫外光激发，严重阻碍了实际应用。因此，有必要采取有效的策略来拓宽BiOIO₃的光吸收范围，提高光催化活性。缺陷工程是提高光催化材料性能的有效途径，通过引入缺陷可以调控半导体电子和能带结构，拓宽光吸收范围。氧空位是固体材料中基本的、固有的缺陷，它可以作为氧原子的电子捕获中心和吸附位点，在光反应过程中发挥重要作用。本发明的氧空位修饰的BiOIO₃材料具有更宽的光吸收范围和有效的载流子分离效率，因此具有提高的光催化产过氧化氢性能。

发明内容

提供了一种氧空位修饰的碘酸氧铋、其制备方法及在光催化合成过氧化氢中的应用，本发明氧空位改性后的碘酸氧铋具有增强的光催化活性，在纯水和空气氛，模拟太阳光下用于过氧化氢的光催化生产。

一种氧空位修饰的碘酸氧铋的制备方法，过程如下：

（1）将Bi(NO₃)₃•5H₂O和KIO₃加入到HNO₃溶液中，在室温下搅拌一段时间后加入NaOH溶液；将得到的悬浮液转移到高压反应釜中，423 K~443 K水热加热10 h ~15 h，冷却至室温，离心收集，去离子水和乙醇多次洗涤，干燥，制备的样品标记为BIO；Bi(NO₃)₃•5H₂O、KIO₃、HNO₃和NaOH的摩尔比为2:2:15:（6~8）；

（2）在KI溶液中加入BIO，室温搅拌反应完全，用蒸馏水多次清洗；干燥，即得，BIO和KI的摩尔比为1:（0.02~0.08）。