[发明专利]一种降解水中苯酚的复合光催化剂薄膜的制备方法

说明书

一种降解水中苯酚的复合光催化剂薄膜的制备方法，所述制备方法是以金属Bi板为阳极，Ti片为阴极，以浓度比为1:1:1的KCl，KBr和KH₂PO₄配成的水溶液为电解质溶液，经4~20V电压电解0.5~4h后，在阳极Bi板表面获得BiOCl_0.5Br_0.5/BiPO₄光催化剂薄膜，经蒸馏水洗涤，自然晾干后即可使用。该光催化剂薄膜直接在Bi板上原位长成，膜与基材之间附着力强，无脱落问题，并且电化学法制备工艺简单，所得薄膜光催化剂具有优异的光催化活性，适合应用于光催化降解水中有机污染物。

技术领域

本发明涉及一种复合光催化剂薄膜的制备方法，具体是一种以金属单质Bi板为阳极，Ti片为阴极，通过配制浓度比为1:1:1的KCl，KBr和KH₂PO₄的电解质溶液，采用一步电化学方法制备得到BiOCl_0.5Br_0.5/BiPO₄复合光催化剂薄膜的技术方案。

背景技术

在全球环境污染日益严重的今天，如何高效利用太阳能来彻底分解矿化污染物，达到治理环境的目的越来越受到科研人员的关注。在可供选择的光催化剂中，Bi基光催化剂因其制备方法简单，原料价廉易得，光催化性能优异而受到人们的青睐。卤氧化铋作为Bi基光催化剂中的一种，是由[Bi₂O₂]层和双层游离的卤素原子层组成的具有高度各向异性层状结构的光催化剂，这种结构能够促进光生电子和空穴的分离进而增强光催化活性（Nanoscale, 2014,6:8473-8488）。但是，单一组分的卤氧化铋在使用过程中因为光生电子和空穴的复合率过高而影响其光催化活性。在可供选择的改性方法中，通过与其它带隙匹配的半导体形成异质结是促进电子和空穴分离的有效方法。在我们课题组先前的工作中，将BiOCl和BiOBr分别与BiPO₄复合，形成BiOCl/BiPO₄（Applied Surface Science, 2015,340:35-42）和BiOBr/BiPO₄（Materials Science in Semiconductor Processing, 2015,38:157-164）复合光催化剂，但是合成的这些粉末光催化剂在多次使用过程中存在回收困难，颗粒团聚，分散到溶液中的颗粒造成水体的二次污染等问题，所以需要寻求一种简便的方法将其固定化成光催化剂薄膜。在先前的工作中，我们成功通过电化学一步法合成了下层为BiPO₄纳米棒阵列上层为BiOCl纳米片的分层状的BiOCl/BiPO₄异质结复合薄膜（Materials Research Bulletin 2017,94:222-230），但是因为BiOCl和BiPO₄都是宽带隙半导体，复合薄膜只能被紫外光激发。所以需要改性薄膜来提高薄膜吸收光谱范围，并且通过调节界面电场的强度和方向来促进异质结薄膜载流子的分离能力。

发明内容

本发明的目的是针对Bi基粉末光催化剂不易与反应体系分离的缺陷，同时提高薄膜光催化剂对光谱的响应范围和光致载流子的分离率，提供一种可用于降解水中苯酚的复合光催化剂薄膜的制备方法。

实现本发明上述目的所采取的技术措施是一种降解水中苯酚的复合光催化剂薄膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法是以金属单质Bi板、氯化钾、溴化钾和磷酸二氢钾为原料，采用一步电化学方法，在室温下制备形貌呈现出梭子状BiPO₄颗粒分散点缀在下层为BiOCl_0.5Br_0.5固溶体纳米片组成的薄膜上的复合光催化剂薄膜，具体制备方法步骤如下：

1）将打磨光滑后的铋板和钛片分别用乙醇和蒸馏水清洗，干燥后分别用作阳极和阴极材料；将物质的量比为1:1:1的氯化钾，溴化钾和磷酸二氢钾溶于100mL蒸馏水中，得到反应所需的电解质溶液；