[发明专利]一种海胆状CeO2

说明书

技术领域

本发明属于环境光催化技术领域，具体涉及一种海胆状CeO₂/Bi₂S₃复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济社会的发展，当前环境污染成为人类面临的重大挑战，各种水体污染及大气污染不断加剧，造成生态环境的不断恶化，严重影响着人们的健康和生活质量。半导体光催化技术已经成为治理环境污染的重点关注技术之一。它可以降解各类有机和无机污染物，且有无二次污染，节约能源等优点。

氧化铈(CeO₂)是稀土氧化物的一种，用途十分广泛，具有N型半导体性质，普遍应用于燃料电池、发光材料、玻璃脱色澄清剂、催化剂、电子陶瓷、紫外吸收材料以及光催化等领域。大量文献表明，CeO₂表面沉积贵金属、离子掺杂、表面光敏化、半导体复合等方法引入杂质或缺陷，都可以提高其光催化性能，提高量子效率。

硫化铋(Bi₂S₃)是一种具有层状结构的半导体，其带隙能只有1 .3ev，可被可见光激发，它具有比较好的光催化性能，在热电、太阳能电池和发光材料上具有潜在的应用价值。但本身作为光催化材料，由于其光生电荷的复合率高，通常光催化活性较低。目前已有报道将CeO₂固体添加到Bi₂S₃的合成过程中，进行复合制备新型光催化材料。然而，由于该材料的光催化活性与其结构、形貌、复合配比密切相关，而这些结果直接受合成方法的影响。由于Bi₂S₃多以纳米棒、纳米管或纳米花的形式存在，如果以Bi₂S₃为核，伴随材料越来越纳米化，能够产生非线性光学响应，引起吸收波长与荧光发射发生蓝移，从而增强Bi₂S₃半导体材料的氧化还原能力，更是具有了优异的光电催化活性。到目前为止关于以Bi₂S₃为核，将其添加到CeO₂的合成过程中通过严格调控合成条件来制备海胆状CeO₂/Bi₂S₃复合光催化剂的研究还未见报道。

基于以上分析，本发明通过严格控制合成条件，采用两步水热法合成了具有“海胆”状特殊形貌的高效复合型光催化剂，这种催化剂制备成本低，制备工艺简单，可操作性好。该种催化剂在可见光下能够高效降解有毒有害物质，回收利用简单，非常适用于有机废水的深度治理。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种海胆状CeO₂/Bi₂S₃复合型高效可见光催化剂及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种CeO₂/Bi₂S₃复合型高效可见光催化剂，所述的复合型光催化剂具有特殊的“海胆”状结构，这种复合光催化剂是由CeO₂与Bi₂S₃采用特殊工艺复合而成，其中CeO₂与Bi₂S₃的摩尔比为1-20:1。

一种CeO₂/Bi₂S₃复合型高效可见光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）称取4.85g五水硝酸铋，溶于20mL乙二醇，搅拌20min得澄清的A液。另取

1.91g的硫脲，溶于40 mL的去离子水，搅拌20 min得澄清的B液。将B液缓慢地加入A液，快速搅拌10 min，得到黑色溶液C，加入0.1g尿素，搅拌。将C液倒入反应釜，120 ℃加热12 h。自然冷却至室温后，过滤，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤固体数次，在80 ℃烘干4 h，得到 纯Bi₂S₃固体。

（2）称取一定量的可溶性铈盐，用去离子水溶解，搅拌得A液；

（3）称取一定量的晶型控制剂用去离子水溶解，搅拌得淡B液；

（4）称取一定量的新和成的Bi₂S₃加入B液中，超声30 min。

（5）在磁力搅拌下，将A液缓慢加入到B液中得C液。