[发明专利]一种富表面氧空位的钼酸铋材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种富表面氧空位的钼酸铋材料及其制备方法和应用，属于无机非金属纳米材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域。该钼酸铋材料采用水热合成结合后处理工艺制备而成，通过后处理工艺参数的设计，调整钼酸铋的元素化学计量比，同时制造大量的表面氧空位，提高钼酸铋材料体系的光催化性能，解决了现有技术中钼酸铋材料一经合成就无法改变其光催化特性的缺陷，可直接应用光催化环境净化领域。

技术领域

本发明涉及无机非金属纳米材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域，具体为一种富表面氧空位的钼酸铋材料及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术因其在太阳能利用和环境修复领域有着广阔的应用前景而受到了科技工作者的广泛关注。从光催化反应的基本原理出发，可以把光催化反应分为两大类，即光催化氧化反应和光催化还原反应。光催化有机物降解反应大部分属于光催化氧化反应。传统的光催化材料大多在紫外光下才有光催化效果，为了更好的利用太阳能，开发新型的可见光光催化材料对于促进光催化技术的发展与应用显得尤为重要。

钼酸铋具有合适的禁带宽度(约2.7eV)，被认为是极具潜力的可见光光催化材料。钼酸铋为简单的Aurivillius型氧化物之一，呈层状结构，由[MoO₆]^2-钙钛矿片层结构和[Bi₂O₂]²⁺萤石片层结构交替组成。另外，晶面工程技术与层状材料光催化材料的设计合成也被认为是实现光催化材料的可见光响应的重要技术手段。通过暴露高能的晶面，可以调整光催化材料的能带结构，获得不同光响应的光催化材料；通过不同晶面间表面能的差异而带来的驱动力，可实现了光生电子与空穴有效分离，调控晶体表面的光生电子与空穴的空间分布。这些都将会大大的提高现有光催化材料的活性。

对于现有的钼酸铋材料体系的研究，大多集中在晶体生长的调控以及与其他材料的复合以及能带匹配上面，在对该体系材料的后处理方向的研究近乎没有。后处理的方法往往用来清洁材料的表面和改变表面的缺陷类型，而对于具有Aurivillius结构的钼酸铋材料来说，其由两种金属元素构成，两种金属具有不同的耐酸碱特性，同时[MoO₆]^2-钙钛矿片层结构和[Bi₂O₂]²⁺萤石片层结构交替堆叠使得材料具有一定的极性。如果根据金属元素的化学特性去设计后处理的刻蚀液以及相关的工艺，将有可能选择性地调整材料的化学计量比，从而调控材料的缺陷类型，该方法获得的缺陷为表面缺陷，将会进一步影响层状堆叠的两端的电荷分配，从而影响该体系材料在光激发下的光生电子与空穴的分离行为，从而调控材料的光催化活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富表面氧空位的钼酸铋材料及其制备方法和应用，该钼酸铋材料采用水热合成结合后处理工艺制备而成，通过后处理工艺参数的设计，调整钼酸铋的元素化学计量比，同时制造大量的表面氧空位，提高钼酸铋材料体系的光催化性能，解决了现有技术中钼酸铋材料一经合成就无法改变其光催化特性的缺陷，可直接应用光催化环境净化领域。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种富表面氧空位的钼酸铋材料，所述钼酸铋材料为具有Aurivillius相结构的纳米材料，表面富有氧空位的缺陷，氧空位与晶格氧的比例为(0.28-0.96)：1。

所述富表面氧空位的钼酸铋材料的制备方法，是采用碱性溶液对具有Aurivillius相结构的纳米钼酸铋材料进行选择性刻蚀，使氧空位存在于材料表面，获得所述富表面氧空位的钼酸铋材料。该方法是采用水热合成结合表面后处理的制备工艺，具体包括如下步骤：

(1)水热合成：