[发明专利]一种Ag掺杂的BiOBr催化材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种银掺杂铋氧溴复合光催化材料及其制备方法与应用，属于光催化材料领域，该催化材料在可见光照射下可以高效光催化降解有机染料。

背景技术

光催化技术是未来解决环境和能源问题的主要方式之一。利用光催化可以将低密度的太阳光能转化高密度的化学能、电能，如光解水制氢和光电转化，有望彻底解决人类面临化石能源枯竭的危机；利用光催化可以进行太阳光降解和矿化水、空气中的各种污染物，还可以进行抗菌除臭和处理废水中的Hg²⁺、Ag⁺、Cr⁶⁺等重金属离子，这将是未来人类社会彻底解决环境问题的有效途径之一。因此，自Fujishima等于1972年提出利用光照TiO₂分解水制氢和Carey等成功地将TiO₂用于光催化降解水中有机污染物以来，光催化一直是国内外化学领域的研究前沿和热点。

目前光催化的研究主要集中在提高光催化剂的活性和对可见光的响应性能，主要包括传统二氧化钛的改性和新型非二氧化钛光催化剂的研制。研究的主要目的之一是提高光生电子-空穴的分离效率，以提高光催化反应的量子效率；其二是把光催化的激发波长从紫外区扩展到可见光区，因为紫外光只占4％太阳光能量，而可见光的能量占太阳光能量43％。光催化应用的研究则主要集中在水中有机污染物的降解和光解水制氢方面。就目前而言，在紫外光下最好的催化剂还是二氧化钛光催化剂，因为它具有强氧化降解能力。但它的禁带宽度为3.2eV，可见光下没有光催化活性，不能利用太阳光中绝大部分的能量。因此目前研究集中在TiO₂修饰和改性使它具有一定的可见光催化活性。手段主要有金属沉积/金属掺杂、非金属掺杂及染料和金属络合物光敏化等。金属沉积/金属掺杂可以在TiO₂导带位置产生或深或浅的杂质能级，使得宽带隙半导体在可见光范围产生一定的响应，其缺点是可见光响应有限及掺杂体系不稳定，同时掺杂的金属离子也常常成为光生电子和空穴的复合中心，导致量子产率低；阴离子掺杂(B、C、S、F、N等)将同原有的价带形成杂化，扩展其价带，从而抬升价带顶，缩短带隙，导致可见光响应的出现，其面临的问题是掺杂浓度一般较低，可见光红移程度非常有限，同时在光化学反应过程中阴离子(N或C)在光照下容易分解，难于实际运用；光活性染料分子在可见光下发生激发将光生电子输送至TiO₂的导带，从而扩大激发波长至可见光范围，但大多数敏化剂在近红外区吸收很弱，且其吸收谱与太阳光谱不能很好匹配。这些研究主要着眼于掺杂对TiO₂能带结构的影响，缩小其带隙至可见光响应，但其响应程度有限，且对提高光生电子-空穴对分离效率方面存在明显不足。因而发展新型高可见光活性的光催化材料是将光催化技术进一步往实验推广和能否利用太阳能进行环境处理的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ag/BiOBr光催化材料及其低温制备方法与应用。

本发明实现上述目的技术方案：一种Ag掺杂的BiOBr催化材料，它为Ag/BiOBr复合光催化材料，由片状BiOBr和银粒子组成，Ag在Ag/BiOBr中的质量分数为0.5-5％，剩余部分为BiOBr的质量分数。

Ag在Ag/BiOBr中的质量分数为1％。

银粒子大小为3-16nm。

制备所述一种Ag掺杂的BiOBr催化材料的方法，包括以下步骤：

步骤1：在冰醋酸中加入Bi(NO₃)₃·5H₂O，得到溶液A，其浓度为1-2mol/L；在去离子水中加入NaBr和醋酸钠，得到溶液B，其中NaBr浓度为1-2mol/L，醋酸钠浓度为2-4mol/L；

步骤2：将步骤1配好的A溶液和B溶液在强力搅拌下迅速混合，接着用磁力搅拌继续搅拌10-15小时，过滤，用去离子水洗涤，80-120℃干燥，得到BiOBr化合物；

步骤3：取步骤2得到的BiOBr化合物分散在去离子水中，同时加入硝酸银和甲醇，同将流速为5-20毫升/分钟高纯氦通入该悬浮液，在搅拌下用365nm紫外线照射2-5小时；

步骤4：步骤3结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇淋洗3次以上，然后干燥，即得到相应的Ag/BiOBr复合光催化材料。

所述的含Br^-离子溶液为溴化氢、溴化钠或溴化钾。