[发明专利]一种α/β-氧化铋相异质结光催化剂及其制法和用途

说明书

本发明提供了一种α/β‑Bi₂O₃相异质结光催化剂的其制备方法和用途。首先将2‑4mmol铋源物质溶于70mL还原性溶剂中，在室温下磁力搅拌30min，然后将0‑2.0mL苯胺加入到上述溶液中，继续搅拌10min。将上述混合液转移到反应釜中，放入烘箱中在150℃‑180℃进行溶剂热反应8‑12h，得到铋基前驱体。将前驱体洗涤、干燥、研磨，并放入马弗炉中在300℃下煅烧0.5‑2.0h，所得的黄色至绿色粉末即为α/β‑Bi₂O₃相异质结光催化剂。将本发明所制备的α/β‑Bi₂O₃相异质结光催化剂用于降解水中的有机污染物，该催化剂相对于商业TiO₂(P25)、纯相的α‑Bi₂O₃及纯相的β‑Bi₂O₃等光催化剂具有更高的可见光催化活性。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体涉及一种α/β-Bi₂O₃相异质结光催化剂的制备方法及其用途。

背景技术

光催化技术具有效率高、成本低、无二次污染、操作简便等优点。以半导体作为光催化剂，利用太阳光作为光源，光催化降解空气与水环境中的有机污染物及无机污染物，早已引起了人们的广泛重视。现今广泛使用的半导体光催化剂主要是过渡金属氧化物，如TiO₂、ZnO、Fe₂O₃等，其中TiO₂因其优异的光电性能而被广泛研究。然而，TiO₂仍然具有两个缺陷限制了它的实际应用：（1）TiO₂禁带宽度为3.2eV，只能吸收波长为387nm以下的紫外光，而紫外光仅占太阳光总能量的5%左右，因此TiO₂不能有效利用太阳能；（2）TiO₂的光生电子与空穴容易再结合，光量子效率极低，导致其光催化活性较低。虽然人们尝试通过各种掺杂、敏化或复合的方法对TiO₂进行改性，以提高其在可见光下的光催化活性，但长期以来难有突破性进展。因此，开发可见光响应、光催化活性高的新型光催化材料成为了一个重要的发展趋势。

近年来, 具有可见光活性的铋系光催化剂引起了人们的广泛关注。Bi₂O₃是一种常见的铋系半导体功能材料, 广泛应用于催化、光学涂层、固体燃料电池、气体传感器和玻璃制造等领域。Bi₂O₃具有α，β，γ和δ等多种晶型，属于间接带隙半导体, 禁带宽度为2.6-2.9eV。Bi₂O₃在水中受到能量高于其带隙能的光照射时, 会产生导带电子和价带空穴, 它们分别与O₂和H₂O等反应产生具有氧化活性的自由基, 如•O₂^-和•OH等, 这些自由基可与光催化剂表面吸附的有机污染物发生氧化还原反应, 使其降解。利用Bi₂O₃进行光催化处理污水非常具有研究价值。