[发明专利]一种可见光响应的新型纳米催化剂及其制备方法和应用

说明书

本申请提供了一种可见光响应的新型纳米催化剂及其制备方法和应用，涉及光催化剂制备和光催化‑高级氧化水处理技术领域。本申请提供了一种新型纳米催化剂，花状CDs‑BiO_1‑xCl微球的基底是花状BiO_1‑xCl微球，CDs纳米晶紧密负载在花状BiO_1‑xCl微球表面，花状BiO_1‑xCl微球由纳米板自组装而成；其中，BiO_1‑xCl具有氧空位，式中x为缺失的氧原子，1‑x代表留下的氧空位。由于本申请在BiOCl中制造了氧空位，再进一步引入CDs，CDs和氧空位的共同作用缩小了BiOCl禁带宽度，扩展了BiOCl的吸光范围，使得CDs‑BiO_1‑xCl对可见光进行有效吸收，提高了CDs‑BiO_1‑xCl催化剂太阳能利用率；此外，碳量子点独特的电子转移能力提高了CDs‑BiO_1‑xCl的光生电子‑空穴分离效率，进而提高了CDs‑BiO_1‑xCl的光催化性能。

技术领域

本发明涉及光催化剂制备和光催化-高级氧化水处理技术领域，更具体的，涉及一种可见光响应的新型纳米催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

当今社会水污染问题日益严重，尤其是有机污染物带来的一系列问题，水环境中的有机污染物主要包括多杂环有机物、多环芳烃、多氯联苯、合成洗络剂、合成染料、合成农药等类型。由于传统的处理方法存在着诸多难以解决的问题，其治理效果和经济效益大打折扣，使人们的目光投向了更加高效清洁的光催化剂身上来。光催化降解技术作为一种高级氧化处理技术，与常规废水处理方法相比，具有易于操作、对有机污染物无选择性、反应条件温和、反应快速、节能环保以及光催化剂可回收等优势。

目前，可用于光催化降解有机污染物的光催化剂已有大量报道，如TiO₂、ZnO、BiOCl、CdS、C₃N₄等，其中BiOCl以其独特的晶体结构和电子结构及其优异的光催化活性得到了广泛研究，具有潜在的应用前景。BiOCl是由Cl层和Bi₂O₂层交替叠加而成的具有正氟氯铅矿型(PbFCl)晶型结构的层状半导体材料，这种结构通常有利于光生载流子的传输和分离，从而显示出较高的光催化性能。但是，BiOCl的禁带宽度约为3.4eV，只能吸收和利用紫外光，太阳能利用率较低；另外，单一的BiOCl光生电子-空穴对复合率较高，导致其光生载流子不能被充分利用。通常对BiOCl进行过改性以提高其光催化活性，常用的改性方法有形貌调控、非金属/金属元素掺杂、构建半导体异质结、贵金属表面修饰、制造缺陷等。

发明内容

本申请提供一种可见光响应的新型纳米催化剂及其制备方法和应用，以解决BiOCl只能吸收和利用紫外光，太阳能利用率较低的问题。

第一方面，本申请提供了一种可见光响应的新型纳米催化剂，该新型纳米催化剂为花状CDs-BiO_1-xCl微球，花状CDs-BiO_1-xCl微球的基底是花状BiO_1-xCl微球，CDs纳米晶紧密负载在花状BiO_1-xCl微球表面，花状BiO_1-xCl微球由纳米板自组装而成；其中，BiO_1-xCl具有氧空位，式中x为缺失的氧原子，1-x代表留下的氧空位。

第二方面，本申请提供了一种可见光响应的新型纳米催化剂的制备方法，用于制备上述第一方面的可见光响应的新型纳米催化剂，该制备方法为：将CDs与BiO_1-xCl混合后，在300℃～500℃真空条件下煅烧3h～5h，制得一种可见光响应的新型纳米催化剂。

在一具体实施例中，CDs与BiO_1-xCl的质量比为1:(5～100)，煅烧过程中的升温速率为3℃/min～5℃/min。