[发明专利]BiOCl/Bi12O17Cl2@AgCl异质结可见光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化的技术领域，具体涉及一种BiOCl/Bi₁₂O₁₇Cl₂@AgCl异质结可见光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

当前，人类面临着环境污染和能源短缺两大严峻考验，如何高效利用可持续且清洁的太阳能解决全球性的环境和能源问题是当今世界的重要研究方向。光催化技术作为一种高效环保的新型技术，已在环境净化、太阳能转化等领域表现出巨大的应用前景。在环境净化方面，光催化技术可以借助太阳能将环境中的各种有机或无机污染物进行矿化或降解；在太阳能转化方面，光催化技术可以将低密度的光能转化为高密度的电能和化学能。因此，这种高效利用太阳能解决全球性的环境和能源问题的光催化技术引起了科学家们的极大兴趣和高度重视。但是，研发具有宽光谱响应、高效稳定和环境友好等优点的太阳能驱动光催化材料及易于工业化生产的材料制备方法是光催化技术走向应用的关键。

光催化材料是决定光催化反应过程中最重要因素之一。通过近年来的不断探索，国内外研究者在拓宽光谱响应范围、增强光催化效率、提高光催化剂稳定性等方面取得了许多重要成果。但现有光催化材料在实际应用中仍存在许多不足，主要体现在以下3个方面：(1)光催化材料对太阳光谱响应范围较窄，导致太阳能的利用率低，无法充分利用约占太阳光谱中43％的可见光段(400～750nm)能量；(2)光量子转换效率较低，导致光催化性能不佳；(3)大多数光催化材料的抗光腐蚀能力不强，导致稳定性不够持久。这些关键问题制约着光催化技术的产业化发展。针对上述关键问题，研究者们一直致力于研发具有宽光谱响应、高活性、高稳定性等优异性能的光催化材料。目前，主要在以下3个方面取得了显著进展：(1)对TiO₂等传统宽禁带半导体材料进行改进，如金属掺杂、非金属掺杂、异质结构建、半导体光敏化、贵金属表面修饰、石墨烯表面修饰、晶面和微结构调控等；(2)新型高效可见光催化材料的研发，如硫化物、聚酰亚胺、石墨型碳化氮、铋系光催化材料、氮氧化物、氮化物、复合金属氧化物等；(3)基于等离子体效应的可见光催化材料的研发，如Ag/AgX(X＝Cl、Br、I)、Ag/Fe₂O₃、Au/TiO₂、Au/ZnO、Pt/TiO₂、Pt/SnO₂、Bi/C₃N₄等。这些新型可见光驱动光催化材料在光解水产氢和净化环境污染物方面表现出了巨大的应用潜力。值得注意的是，上述铋系光催化材料因其独特的电子结构、良好的可见光吸收能力、优异的可见光催化活性等特点，近年来受到广泛关注。

在铋系光催化材料中，BiOCl是一种高度各向异性的层状结构半导体，属于四方晶系，空间群为P4/nmm。BiOCl的价带主要为O2p和Cl3p轨道占据，导带主要由Bi6p轨道贡献。

最近，有研究表明Cl/O比值越低，其半导体价带底位置越低，从而导致半导体禁带宽度减小和对可见光利用能力增强。因此，这一独特发现为探索新型铋基可见光催化材料开辟了新的研究方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种BiOCl/Bi₁₂O₁₇Cl₂@AgCl异质结可见光催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的BiOCl/Bi₁₂O₁₇Cl₂@AgCl异质结能够较好的吸收可见光，具有较高的可见光催化去除氮氧化物活性，同时具有良好的光化学稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种BiOCl/Bi₁₂O₁₇Cl₂@AgCl异质结可见光催化剂。

进一步，所述的BiOCl/Bi₁₂O₁₇Cl₂@AgCl异质结可见光催化剂，以BiOCl/Bi₁₂O₁₇Cl₂二元异质结为模板，通过在其表面沉积AgCl纳米颗粒得BiOCl/Bi₁₂O₁₇Cl₂@AgCl三元异质结可见光催化剂。