[发明专利]一种铋-硫化铋-钨酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铋‑硫化铋‑钨酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用。本发明将硝酸铋和钨酸钠分别溶于乙二醇，将硫脲溶于乙醇溶液；三种溶液混合得到前驱体溶液；前驱体溶液进行溶剂热反应，将反应得到的黑色沉淀进行洗涤和干燥，即得到铋‑硫化铋‑钨酸铋复合光催化剂。本发明通过调控加入硫脲和钨酸钠的比例，同时利用还原性助剂来生成金属铋，利用溶剂热法一锅合成了铋‑硫化铋‑钨酸铋复合光催化剂。本发明的制备简单、原料易得，生产成本低，绿色环保。铋‑硫化铋‑钨酸铋复合光催化剂的可见光吸收范围宽、光生载流子复合率低，性能稳定，并且光催化降解塑化剂的活性高，在可见光利用和环境保护方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及技术领域，具体涉及一种铋-硫化铋-钨酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着人口增长和经济社会的发展，环境污染问题日益严重。大量难以自然降解的环境污染物，造成了动植物生存环境的破坏并威胁着人类的健康。为了解决环境污染问题，人们尝试利用多种技术手段促进污染物的降解，其中，光催化技术利用光能降解污染物，更加经济、环保，因而受到了人们的广泛认可。光催化降解技术是结合光催化半导体材料，在紫外光或者可见光的照射下产生电子-空穴对，再通过电子和空穴的还原性和氧化性与氧气或水反应，产生超氧自由基或羟基自由基，再利用这些活性基团攻击污染物，使其转化生成无毒的物质。在废水中的有机物可以发生光催化氧化反应，使大多数难降解有机物氧化或偶合，最终将有机物降解为二氧化碳和水。光催化技术的核心是光催化材料，因此，开发性能卓越的光催化材料是研究的重点。

在众多的半导体光催化剂中，铋系半导体材料由于其卓越的化学和热稳定性、无毒性以及独特的能带结构得到了广泛的关注。钨酸铋(Bi₂WO₆)作为p型半导体材料的一种，具有钙钛矿片层结构，其禁带宽度2.7eV左右，在波长大于420nm的可见光区域有较强的吸收，可同时利用太阳光中的紫外光和可见光，越来越受到广大研究者的青睐。但光生电子空穴对的快速复合和较弱的表面吸附能力使得Bi₂WO₆的光催化效率较低，所以需要一种有效提升性能的复合光催化剂，进一步提高其光生载流子的分离效率，增强催化活性，与能带匹配的硫化铋(Bi₂S₃)构建异质结，同时引入能促进电子传输的金属铋，有效抑制光生电子-空穴的再复合，大大提高光催化活性。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种铋-硫化铋-钨酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用。本发明的复合光催化剂对可见光吸收范围宽、光催化性能优异、稳定性好、重复利用性强；制备方法的反应条件温和、操作流程简单、绿色环保，可用于大规模制备铋-硫化铋-钨酸铋复合光催化材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种铋-硫化铋-钨酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将硝酸铋和钨酸钠分别溶于乙二醇得到溶液A和溶液B，将硫脲溶于乙醇中得到溶液C；将溶液B和溶液C依次加入溶液A中，搅拌均匀得到前驱体溶液；

(2)前驱体溶液进行溶剂热反应，将反应得到的黑色沉淀进行洗涤和干燥，即得到铋-硫化铋-钨酸铋复合光催化剂，记为Bi-Bi₂S₃-Bi₂WO₆。

优选的，步骤(1)中，所述硝酸铋通过超声溶解溶于乙二醇得到溶液A；所述钨酸钠通过超声溶解溶于乙二醇得到溶液B；所述硫脲通过超声溶解溶于乙醇得到溶液C；所述超声溶解的时间均为10～30min。

优选的，步骤(1)中，所述溶液A中硝酸铋的浓度为0.1～3M；所述溶液B中钨酸钠的浓度为0.01～1M；所述溶液C中硫脲的浓度为0.005～2M。

优选的，步骤(1)中，所述搅拌的时间为10～60min。