[发明专利]一种原位合成α-Bi2

说明书

本发明公开了一种原位合成α‑Bi₂O₃/CuBi₂O₄异质结光催化材料的制备方法及应用，并将其应用于光催化去除氮氧化物。通过CuBi₂O₄纳米颗粒原位生长在类棒状α‑Bi₂O₃上而形成的α‑Bi₂O₃/CuBi₂O₄异质结光催化材料具有紧密的界面接触，有利于减少光生载流子的传输阻力。当煅烧温度为400℃时获得的α‑Bi₂O₃/CuBi₂O₄异质结在可见光下30min内对NO的去除率高达30％，比纯相α‑Bi₂O₃和P25分别提高了13％和15％，同时几乎没有有毒副产物NO₂的生成。在光催化去除NO中表现出较高的催化活性和稳定性。因此，原位合成的α‑Bi₂O₃/CuBi₂O₄异质结光催化材料是高效、稳定、成本低廉、易于制备和低毒性的光催化剂，在光催化净化空气方面具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种原位合成α-Bi₂O₃/CuBi₂O₄异质结光催化材料的制备方法及应用。

背景技术

大气中的氮氧化物(NO_x)不仅是形成雾霾和二次有机气溶胶的重要前驱体之一，而且也会对人体健康产生极大的危害。传统技术如选择性催化还原、三效催化、吸收和吸附等可以有效去除化石燃料燃烧产生的高浓度氮氧化物，但对于大气中低浓度的NO_x(ppb级)并不适用。因此，针对低浓度NO_x需要采取新的技术避免其在大气中的持续累积。最近，光催化技术由于其操作简单、反应条件温和、无二次污染、可以实现低浓度污染物的深度净化等优点而受到广泛关注。

铋基半导体由于具有可见光响应、原料易得、无毒无害等优点而被大量研究。其中，Bi₂O₃作为一种简单的铋系材料，拥有α、β、γ和δ四种主要晶相，带隙范围从2.1eV到2.8eV。单斜相α-Bi₂O₃在常温常压下稳定，可以吸收太阳能中的可见光并且具有较正的价带位置，但光生载流子的快速复合大大降低了其光催化活性。单一组分的光催化剂往往很难达到期望的光催化性能，目前，通过耦合两种或多种半导体构建异质结是克服上述问题最可行的方法之一。一般地，异质结的构建需要分步进行，即首先制备出其中一种催化剂，然后将其附着于另一种催化剂的表面。由于不同组分之间的兼容性问题和制备条件存在差异，这种分步合成方法难以实现催化剂的均匀分布，并且可能会增大电荷在界面处的传输阻力，影响光生电子空穴对的有效分离。Wang在文献《Sulfate radical-based photo-Fenton reaction derived by CuBi₂O₄and its composites withα-Bi₂O₃under visiblelight irradiation:Catalyst fabrication,performance and reaction mechanism》中通过溶胶凝胶法制备了CuBi₂O₄/α-Bi₂O₃复合材料，并将其应用于可见光辅助下硫酸根自由基光芬顿反应去除液相中的罗丹明B染料；在只有可见光照射下， CuBi₂O₄/α-Bi₂O₃复合材料对罗丹明B完全没有去除效果。此催化剂制备方法在高温煅烧时α-Bi₂O₃向CuBi₂O₄的转化过程不明显，且材料的形貌变化无规律。