[发明专利]一种具有异质结构的BiOBr/Bi2WO6复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机功能材料及其制备技术领域，具体的说是一种具有异质结构的铋系BiOBr/Bi₂WO₆复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着光催化理论的快速发展，光催化氧化法(PCO)用于污染体系，尤其是有机污染物的降解处理正日益受到科技与产业界的重视。PCO技术可以同时降解多种物质，处理效率高，无二次污染，投入小，反应条件温和，运行成本低，拥有其它高级氧化技术（AOPs）无可比拟的优越性。PCO技术发展和应用的关键因素取决于可充分吸收太阳光的高效光催化剂，而提高光生电子-空穴的生成速率并有效阻滞或降低其重新复合，是制备高效光催化剂的必要前提条件。

二氧化钛（TiO₂）为二十世纪七十年代发现的具有光催化活性的半导体物质，对某些有机污染物具有较好的光催化降解作用。但TiO₂的禁带宽度(E_g= 3.2eV) 较高，仅能吸收阳光中少部分（约占4%）的紫外光，对可见光的响应较差，光能利用率较低，因而应用范围受限。铋氧酸盐是近年来新发现的半导体型光催化剂，此类铋系化合物的晶体结构为层网状，由[Bi₂O₂]²⁺层和钙钛矿层两个结构单元构成，存在内生偶极，有利于光生电子-空穴的分离，阻止光生载流子的复合，具有较宽的光谱响应范围，已成为近年来广受关注的半导体光催化材料。溴氧化铋(BiOBr)和钨酸铋(Bi₂WO₆)均为典型的铋氧酸盐，其晶体结构都是由正离子层[Bi₂O₂]²⁺和相应的负离子层交替排列、堆积而成，禁带宽度(E_g)分别为2.7eV和2.8eV，分别属于P型和N型半导体，对可见光均具有良好的响应能力，已被证实对于许多有机物具有可见光催化降解能力，应用前景广阔。然而，这两种铋氧酸盐在单独使用时都不同程度地存在着光生载流子易于复合、光催化效率较低的问题。因此，提供一种简单、实用的制备方法，将这两种不同能带宽度的半导体材料科学地复配在一起，来扩大两者对光谱的吸收范围，制备出一种光催化能力得到显著提高的复合型光催化剂实为必要。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术中介绍的铋系光催化剂存在的不足及其自身物性特点，通过过程简单、快捷，易于控制的水热原位处理法，设计并制备一种由两种铋氧酸盐构成、具有异质结构的复合可见光高效催化剂，来提高铋系光催化剂的性能。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：一种具有异质结构的BiOBr/Bi₂WO₆复合光催化剂，该催化剂由摩尔比为1 : (1-1.5)的P型半导体BiOBr和N型半导体Bi₂WO₆复合而成，且BiOBr和Bi₂WO₆两者的晶相之间呈P-N异质结界面，催化剂的外观呈巢形多孔状，平均比表面积为110 m²·g^-1。

其制备方法包括以下步骤：

（1）、室温下，取Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到稀硝酸溶液中，充分搅拌溶解后，制得摩尔浓度为0.02-0.15 mol·L^-1的硝酸铋溶液A，备用；

（2）、按照Br^-和WO₄^2-的摩尔比为1 : (1-1.5)的比例，分别取可溶性溴化物和可溶性钨酸盐溶解于水中，使得到的混合溶液中Br^-的摩尔浓度为0.01-0.02 mol·L^-1，之后，向混合溶液中加入表面活性剂和脂肪醇，使得到的混合溶液中表面活性剂和脂肪醇的摩尔浓度均为0.01-0.1 mol·L^-1，充分搅拌混合后，得到混合液B，备用；

（3）、按体积份数，取20-50份步骤（1）制得的硝酸铋溶液A以及50-100份步骤（2）制得的混合液B，在搅拌条件下，将取得的混合液B缓慢滴加到取得的硝酸铋溶液A中，得到含有淡黄色不溶物的悬浮液C，静置0.5-2.0h，备用；