[发明专利]高效可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

环境问题和能源问题是人类面临的最大挑战。半导体光催化技术，为我们提供了一种有效治理环境污染和高效利用太阳能的有效途径，在众多的光催化剂中，由于二氧化钛（TiO₂）具有无毒、稳定性好和催化活性高等优点，被广泛应用于催化领域。然而，由于TiO₂作为一种宽带隙半导体材料仅能被紫外光激发，而紫外光量仅占整体太阳光的3%-4%，紫外光的光能利用率较低，从严重制约了TiO₂的实际应用与发展。因此，可见光光催化剂的研发已经成为世界本领域科学家的重要科研命题。

众所周知，氧化石墨烯（graphene oxide，英文缩写为GO）作为石墨烯的氧化形态，在其表面和边缘存在着大量的含氧基团，如羟基、羰基、环氧基及羧基。这种C-C的sp2-共轭结构和大量的含氧基团使氧化石墨烯成为一种半导体材料并且具有可见光响应，可以用于光催化材料。然而，氧化石墨烯作为一种电子受体，在光催化过程中将被光还原成还原石墨烯（RGO）；RGO的生成将会使该材料的带隙宽度发生变化，从半导体材料变为导体，继而失去光催化活性。因此，我们着重研发一种基于氧化石墨烯的复合材料，使氧化石墨烯成为电子给体，提升氧化石墨烯作为可见光催化剂的光稳定性能。

研究发现，在诸多的半导体材料中，Bi₂WO₆是最适合与氧化石墨烯形成复合材料的杂化对象。Bi₂WO₆具有以下优点：(1)Bi₂WO₆是一种可持续的光催化剂。具有无毒、生物兼容性良好，并且具有可见光活性；（2）氧化石墨烯和Bi₂WO₆的能带位置表明，氧化石墨烯导带中的光生电子将会转移到Bi₂WO₆的导带，从而增强光催化剂的光生电荷分离效率，提高光催化活性。同时，减少了氧化石墨烯中光生电子的数量，提升了氧化石墨烯的抗氧化能力。

发明内容

本发明的目的是为了解决可见光催化剂对染料的吸附性能低、催化活性差和现有制备方法操作复杂的问题，而提供了高效可见光催化剂及其制备方法。

本发明的高效可见光催化剂含有物质A和Bi₂WO₆微球，其中，物质A的质量占高效可见光催化剂质量的5%～15%，所述的物质A为氧化石墨烯或石墨烯；

所述的Bi₂WO₆微球，是按下述方法制备的：

一、Na₂WO₄溶液的制备：将Na₂WO₄·2H₂O固体溶解于去离子水后，超声搅拌均匀后，得到Na₂WO₄溶液，所述的超声搅拌时间为5min～10min；

其中，所述的Na₂WO₄·2H₂O固体的物质的量与去离子水的体积比为（1.0mmol～1.5mmol）:40mL；

二、Bi(NO₃)₃-乙二醇溶液的制备：将Bi(NO₃)₃·5H₂O固体溶解于乙二醇中，超声搅拌均匀后，得到Bi(NO₃)₃-乙二醇溶液，所述的搅拌超声时间为5min～10min；

其中，所述的Bi(NO₃)₃·5H₂O固体的物质的量与乙二醇的体积比为（2.0mmol～3.0mmol）：40mL；

三、混合液A：将步骤二得到的Bi(NO₃)₃-乙二醇溶液加入到的步骤一得到的Na₂WO₄溶液中，搅拌混合2h～3h，得到混合液A；

步骤三中所述的Bi(NO₃)₃-乙二醇溶液与Na₂WO₄溶液的体积比为（0.5～1.5）：1；