[发明专利]氧化钴/钨酸铋p-n异质结的合成方法及应用

说明书

本发明公开了一种氧化钴/钨酸铋p‑n异质结的合成方法，包括Bi₂WO₆纳米微球的制备以及CoO/Bi₂WO₆p‑n异质结复合材料的制备。本发明采用溶剂热法合成了具有微纳球形结构的CoO/Bi₂WO₆p‑n异质结光催化剂，并且探索出30％CoO/Bi₂WO₆的p‑n异质结光催化剂对四环素的降解表现出最好的光催化性能，在90min内可以达到89.9％，本方法工艺简单，为实际应用提供了思路支持，并将对水的净化起到至关重要的作用。

技术领域

本发明涉及光催化剂合成技术领域，尤其涉及一种微纳米球形结构的氧化钴/钨酸铋p-n异质结的合成方法及应用。

背景技术

最近几年，由难降解的有毒有害的有机污染物所引起的空气、土壤及水体污染等环境问题引起了环境修复领域的关注。抗生素在医药界做了很大的贡献，它可以挽救人们的生命及促进农业及畜牧业的稳步发展。然而，由于抗生素的滥用现象严重，抗生素在自然界累积较多，并且它具有难降解性、抗药性和持久性，已经威胁到了人类的健康。因此，水环境中抗生素的去除就成了近几年的研究热点。寻找一种有前途的技术迫在眉睫，光催化技术具有经济、清洁、安全及成本低等优势。使用光催化技术被认为是降解有毒、有害的有机物的一种经济可行且有效的方法。然而，传统的半导体材料，如TiO₂、ZnO、CoO、WO₃等均存在一些问题，如禁带宽度较大、电子与空穴快速复合及对可见光利用率低等。因此，在光催化领域中，人们迫切探索一种制备简单、环保性强、成本低廉且稳定性高的可见光催化剂。

钨酸铋(Bi₂WO₆)是一种禁带宽度为2.75eV的n型半导体，它是一种环保材料，由于其无毒、廉价、化学稳定性好和良好的可见光响应等独特特性，在光催化领域得到了广泛的研究和应用。此外，它独特的能带结构使价带大量分散，有利于光致载流子的迁移率。然而，一些缺陷限制了Bi₂WO₆的光催化性能，比如光诱导电子-空穴对的高复合和可见光利用率低等。因此，人们做了许多努力来提高其光催化效率，如与其他半导体材料构建异质结，形貌调控和晶面暴露，贵金属沉积和元素掺杂等。在上述方法中，构建异质结是通过控制电荷动力学、调节带隙和调整其形貌来提高载流子分离效率的最有效和最简单的方法。值得注意的是，在p-n异质结中，两个半导体之间形成的内置电场可以导致电子和空穴向相反方向移动，从而有效地促进光生电子和空穴的分离。

一氧化钴(CoO)是一种新型的p型半导体，其禁带宽度在2.2～2.6eV之间，成本低，稳定性好，可在可见光下激发，有利于水的分离。有报道表明Co基异质结的构建可以促进表面电子-空穴对的分离，提高太阳光的利用率。然而，由于CoO纳米粒子出现严重团聚会导致光生电荷的复合，且CoO的光催化活性容易失活，所以在很大程度上限制了CoO在光催化领域的应用。因此，寻找一种能有效提高载流子分离效率和稳定性的材料来构建具有CoO结构的异质结，特别是p-n异质结是人们迫切需要的。所以，经过推断，如果将Bi₂WO₆与CoO结合，可能通过促进表面电荷分离和提高可见光的可用性来提高光催化性能。

在我们以前的研究里，将CoO纳米粒子修饰在具有比表面积大的和柔性二维结构的g-C₃N₄上，不仅可以形成p-n异质结，而且可以有效地阻止纳米粒子的聚集，从而有效地实现上述目的。但有关氧化钴/钨酸铋(CoO/Bi₂WO₆)p-n型异质结在较大比表面积上修饰以避免严重团聚导致失活的文献尚未见报道。因此，利用p型CoO和n型Bi₂WO₆耦合构建p-n型异质结，一方面可以实现可见光的充分利用，另外一方面可以促进光生载流子的快速分离和CoO的空洞失活，从而有效地提高光催化降解有机污染物的性能。

发明内容