[发明专利]一种氮/硫掺杂卤化氧铋可见光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卤化氧铋可见光催化材料，具体涉及一种氮/硫掺杂卤化氧铋可见光催化材料及其制备方法。

背景技术

随着工业化和城市化进程的加快，环境污染治理成为一项刻不容缓的要务。目前光催化降解法、生物降解法、电解法和沉淀法等多项技术是普遍用来分解污染物、治理环境污染的有效手段。

光催化反应利用半导体光催化剂在光照下产生光生电子和空穴，进一步引发一系列的氧化和还原反应，具有节能和环境友好等优点，在降解有机污染物、选择性氧化反应等方面有很广阔的应用前景。二氧化钛以其无毒、化学稳定性好、氧化能力强、无二次污染等优点成为理想的光催化剂，但其禁带宽度3.2eV，仅能吸收波长小于387纳米的紫外光，在太阳光谱中仅占4％～6％，太阳光利用率低。为了有效地利用太阳光，寻求廉价、环境友好并具有高活性的可见光催化剂将是光催化技术进一步走向实用化的必然趋势。

目前在这方面的研究工作主要集中于两个方向，一是对二氧化钛进行掺杂改性以改善其光催化活性；二是开发非二氧化钛光催化剂，使其能被可见光激发，且具有高的光催化活性，提高太阳光的利用率。含铋化合物光催化剂正是在这样的背景下被研究开发，并取得了一系列重大成果。

和二氧化钛等传统光催化剂相比，卤化氧铋化合物尤其是溴化氧铋(溴化氧铋)作为一种可见光驱动型光催化剂，具有能耗低、操作安全方便等特点，是目前可见光催化剂研究的热点之一。不过纯的卤化氧铋的可见光降解能力无法满足实际的需要，因此需要对卤化氧铋进行改性，以提高其光催化效率。

掺杂是一种提高卤化氧铋催化活性的有效方法，目前大多采用金属元素掺杂的方法改善其光催化能力，但金属元素掺杂成本较高，而非金属元素掺杂卤化氧铋还没有成熟的制备方法。

发明内容

本发明提供了一种氮/硫掺杂卤化氧铋可见光催化材料的制备方法，该制备方法简便高效。

一种氮/硫掺杂卤化氧铋可见光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含铋离子盐、非金属掺杂源、卤化物以摩尔比为0.1～1：0.1～30：0.1～20的比例加入到有机溶剂中，充分溶解后，获得第一混合溶液；

(2)将所述第一混合溶液转入高压反应釜中，在180℃油浴下反应10-48小时，冷却后取沉淀物，沉淀物经洗涤、干燥后获得所述氮/硫掺杂卤化氧铋可见光催化材料；

所述非金属掺杂源为尿素和硫脲中的至少一种。

本发明采用溶剂热法一锅制备出氮/硫掺杂卤化氧铋可见光催化材料，反应过程简便高效，产物得率在80％以上。

具体地，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将含铋离子盐、非金属掺杂源、卤化物以摩尔比为0.1～1：0.1～30：0.1～20的比例加入到有机溶剂中，充分溶解后，获得第一混合溶液；

作为优选，所述含铋离子盐、非金属掺杂源、卤化物的摩尔比为1：10：3，在该混合比例下获得的光催化材料具备最佳的光催化性能，可降解95％的甲基橙溶液。

所述含铋离子盐可选用硝酸铋、硫酸铋等。

所述非金属掺杂源可以是尿素、硫脲或者两者的混合物，通过调整尿素和硫脲的比例，可以获得不同光催化性能的氮/硫掺杂卤化氧铋可见光催化材料。

作为优选，所述非金属掺杂源由尿素和硫脲以质量比10：1混合而成。

所述卤化物可选用含氟、氯、溴、碘等不同卤元素的离子化合物。

(2)将所述第一混合溶液转入高压反应釜中，在180℃油浴下反应10～48小时，冷却后取沉淀物，沉淀物经洗涤、干燥后获得所述氮/硫掺杂卤化氧铋可见光催化材料；

作为优选，在180℃油浴下反应24小时。

反应完成后，分别利用去离子水、乙醇对沉淀物进行离心洗涤各三次，然后在60℃下真空干燥即可。

本发明还提供了一种通过所述制备方法制得的氮/硫掺杂卤化氧铋可见光催化材料。

以分解甲基橙溶液为例，与纯的卤化氧铋相比，钛掺杂、铁掺杂、银/钛掺杂的卤化氧铋光催化降解能力分别提高13％、36％、45％；而本发明的氮/硫掺杂卤化氧铋复合光催化材料的光催化降解能力提高了80％。

本发明还提供了一种负载型氮/硫掺杂卤化氧铋复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将载体材料置于氧化性强酸或氧化剂与强酸的混合液中浸渍30～40分钟，浸渍完成后离心、洗涤、干燥，获得改性载体材料；

所述载体可选用碳纤维、三维石墨烯气凝胶、分子筛、碳纳米管或炭黑。