[发明专利]大比表面积核-壳TiO2-BiOCl异质结光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂，具体为用一步法方法合成的具有大比表面积的核-壳TiO₂-BiOCl异质结光催化剂。

背景技术

随着人口和经济的增长，环境和能源问题成为制约人类发展的两大因素。半导体光催化剂在处理染料废水和光解水制氢独特的优势。与传统处理废水和制氢相比，光催化具有反应条件温和、能耗低、二次污染少等优点，在环境和能源方面具有非常重要的应用前景。近年来对其研究越来越多，众所周知，TiO₂由于廉价，无毒，稳定等优点被广泛的用作光催化剂。但是受TiO₂禁带宽度的限制（3.2eV），它仅可以吸收紫外光（占太阳光的4%），量子效率低，只能用于很低浓度染料废水处理。

异质结光催化有效分离半导体的电子和空穴，有利于光催化性能提高。核壳结构光催化剂利用光的多重反射提高对光的利用率，进而提高光催化活性。目前制备核壳结构异质结光催化剂多为多步法，先制备里面的核结构，然后再将核结构进行包裹制备壳结构。多步法制备方法存在工艺复杂、制备成本高、材料比表面积小，形貌不可调控等缺点。因此需探索一步法制备出比表面积大，核壳结构异质结光催化剂，为进一步提高光催化效率提供新工艺新材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术所存在的缺陷和为实际应用，提供一种大比表面积核-壳TiO₂-BiOCl异质结光催化剂，以及简单易行、产率高的制备方法。

本发明的大比表面积核-壳TiO₂-BiOCl异质结光催化剂，采用乙醇和丙三醇双醇体系作为溶剂，采用四氯化钛为钛源，用水热一步法制得，其比表面积比表面积为202.8-223.5m²/g，孔容为0.120-0.156m³/g，孔径为1.64-1.71nm；核壳结构光催化利用光的多重反射增加对光的利用率，异质结能有效地分离电子和空穴，从而提高光催化活性。所以该催化剂能快速高效降解高浓度的染料废水，并对酚类这种常见水污染物降解有着较好效果。

上述大比表面积核-壳TiO₂-BiOCl异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1）取一定量丙三醇加入乙醇溶液中，搅拌均匀后加入一定质量的Bi(NO₃)₃·5H₂O，然后搅拌至澄清；

2）将溶液置于冰水浴体系中加入一定量的钛源，搅拌至澄清并装入50mL水热釜中在110℃-180℃条件下，反应12-72h后自然冷却至室温；

3）经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到大比表面积核-壳TiO₂-BiOCl异质结光催化剂。

步骤1）中，所述的乙醇和丙三醇的体积为分别为10mL-30mL和5mL-10mL；所述的Bi(NO₃)₃·5H₂O的加入量为3.37g。

步骤2）中，所述的钛源加入量为0.1mL-1.2mL，其中0.2mL为最佳。

所述的钛源为硫酸氧钛、钛酸四丁酯、异丙醇钛、四氯化钛和三氯化钛的一种或几种混合物。其中，优选四氯化钛。

步骤2）中，水热釜中的最佳温度为160℃，最佳反应时间为48h。

所述的光催化剂性能测试是在液相中完成的，模拟污染物为RhB。

本发明制备的产品通过以下手段进行结构表征：采用在日本理学Rigaku D/Max-RB型X射线衍射仪上测量的X射线衍射进行样品的结构分析；采用QuantaChrome Nova 4000e型自动物理吸附仪测定样品的比表面积和孔结构；采用日本JEOL JSM-6380LV型扫描电镜获得的扫描电镜照片。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：本发明所使用的化学试剂均为常用试剂、廉价易得，方法工艺简单，合成光催化剂的比表面积达到202.8m²/g，远远大于同类商业产品。同时，该光催化剂在可见光能快速降解高浓度RhB。

附图说明

图1为所制得的大比表面积核-壳TiO₂-BiOCl异质结光催化剂样品的XRD图谱；

图2为所制得的大比表面积核-壳TiO₂-BiOCl异质结光催化剂样品的高分辨扫描电镜图；