[发明专利]一种Bi7O9I3/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Bi₇O₉I₃/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法，属于光催化及环保技术领域。

背景技术

近年来，能源短缺和环境污染日益成为威胁人类生存与健康的重大问题。光催化技术是一种以半导体为催化剂利用太阳能降解有机环境污染物的绿色环境治理新技术。它直接利用太阳能、不需人工能源，能彻底矿化各种难以生物降解的有机污染物，无二次污染，具有良好的应用前景。目前商业的光催化剂主要是TiO₂，但TiO₂光催化剂禁带较宽 (Eg = 3.2 eV)，仅能被太阳光中的紫外光激发 (占太阳能的3.8 %)，不能利用太阳光中的可见光(占太阳能的45%)，使得其太阳能利用率低，严重阻碍了光催化技术的大规模商业化推广。开发高性能可见光响应的光催化剂已成为当前最热门的研究方向之一，也是光催化技术进一步走向产业化的必然趋势和发展方向。

碘氧化铋(BiOI、Bi₇O₉I₃和Bi₅O₇I)是近几年被发现的一类新型可见光催化材料，其特有的开放式片层结构、内部电场和间接跃迁模式有利于空穴-电子对的有效分离和电荷转移，使得碘氧化铋具有比传统光催化剂更高的催化活性，因此，碘氧化铋是一类极具应用前景的可见光催化材料。但单一的碘氧化铋催化剂仍存在光吸收范围窄、量子效率低等问题，它们的光催化效率仍需进一步提高。 最近的研究发现，通过贵金属沉积(H. Liu,W. R. Cao, Y. Su, Y. Wang, X. H. Wang. Appl Catal B: Environ, 2012, 111-112: 271-279)或与其他半导体复合(X. Zhang, L. Z. Zhang, T. F. Xie, D. J. Wang. J. Phys. Chem. C. 2009, 113, 7371-7378)等方式对BiOI进行改性，可以显著提高BiOI的光催化效率，但至今尚未见有对Bi₇O₉I₃和Bi₅O₇I的改性研究。

石墨烯是一种新的碳的同素异形体，它是由sp²杂化的单层碳原子组成的蜂窝状二维晶体，具有优异的力学、热学、光学和电学性能以及超大的比表面积。将石墨烯与半导体光催化剂复合能有效降低光催化剂的电子-空穴复合率，同时能增加光催化剂对污染物的吸附能力。因此，将石墨烯与Bi₇O₉I₃进行复合对进一步提高其光催化性能具有积极意义。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种Bi₇O₉I₃/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法。

本发明首先采用液相法制备Bi₇O₉I₃，再用溶剂热法制备Bi₇O₉I₃/石墨烯复合光催化剂。

本发明一种Bi₇O₉I₃/石墨烯复合可见光催化剂，其特征在于具有以下的组成：Bi₇O₉I₃ 85.0-95.0 wt.%，石墨烯5.0-15.0 wt.%。

本发明一种制备Bi₇O₉I₃/石墨烯复合光催化剂的方法，其特征在于，具有以下的制备过程和步骤：

A. Bi₇O₉I₃的制备

(a)    室温条件下，将0.249 g 碘化钾(KI) 溶解在10 ml的乙二醇中； 

(b)   将0.7228 g Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解在20 ml的乙二醇中；

(c)    将30 ml乙二醇加入至带搅拌和回流装置的三颈烧瓶中，油浴加热至160 ℃；

(d)   将步骤(a)所得溶液加入到步骤(c)所得液体中，并充分搅拌10 min；