[发明专利]一种阴阳离子共掺杂的卤氧化物光催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于光催化材料技术领域，尤其涉及一种阴阳离子共掺杂的卤氧化物光催化材料，其特征在于：所述光催化材料为将溴原子和钇原子共掺杂到铋基卤氧化物Bi₂YO₄Cl中得到的光催化材料，其结构式为：Bi_3‑xY_xO₄Cl_1‑yBr_y，式中，1≤x≤2，0≤y≤1。该光催化材料通过将Br和Y通过熔盐法掺杂在Bi₂YO₄Cl中，可应用在光催化分解水方面。本发明的有益效果是：通过阴阳离子共掺杂策略，制备了新型卤氧化物光催化材料，实现了可见光响应下无助催化剂的高产氧活性和担载还原助催化剂的产氢活性，同时首次构筑了可见光响应下基于IO₃^‑/I^‑氧化还原电对的Z机制全分解水体系，且表现出良好的光化学稳定性。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，尤其涉及一种阴阳离子共掺杂的卤氧化物光催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

太阳能因其清洁、丰富且分布广泛等特点，是最有潜力的可再生化石燃料的替代品之一。氢气的能量密度高，且在燃烧过程中不会产生任何其他污染物，因此太阳能分解水制氢是解决能源和环境危机最有潜力的方法之一。由于半导体的电子结构显著影响光吸收、电荷分离和催化转化等三个光催化基本过程的效率，进而影响太阳能分解水制氢效率，因此通过精准调控半导体的电子结构，进而制备高效的窄带隙光催化剂具有迫切性。

目前，研究者们开发了多种窄带隙光催化剂，如氮（氧）化物、硫（氧）化物和卤氧化物等，其中BiOX（X=Cl, Br, I）、Bi₂M₁O₄X（M₁=稀土元素RE; X=Cl, Br）和Bi₄M₂O₈X（M₂=Nb,Ta; X=Cl, Br）等具有层状结构的卤氧化物由带相反电荷的交替层组成，导致层间产生内建电场、光生电荷迁移距离缩短，有利于提高电荷分离效率，被广泛应用于光催化领域。在保证光吸收效率的前提下，由于可通过担载助催化剂提高催化转化效率，窄带隙光催化剂较低的电荷分离效率成为制约光催化全分解水制氢技术发展的关键因素，因此，开发电荷分离效率高的卤氧化物用于光催化分解水制氢的研究具有迫切性。提高电荷分离效率的几种策略包括形貌调控、表界面修饰、构建异质结、元素掺杂等。其中，过渡金属元素掺杂有利于减少光生电荷复合、提高电荷分离效率；阴离子元素掺杂可进一步提高光吸收和电荷分离效率。然而，目前还未有卤氧化物阴阳离子共掺杂的相关研究，该策略有望同时具有阳离子掺杂和阴离子掺杂的双重作用，并协同调控卤氧化物光催化材料的电子结构，进而提高电荷分离效率和光催化性能。

本发明报道了一种阴阳离子共掺杂的新型卤氧化物光催化材料，通过Br和Y共掺杂元素比例的精确调控，使其在可见光响应下表现出了优异的光催化分解水性能，并首次成功构筑了基于IO₃^-/I^-氧化还原电对的全分解水体系。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明采用熔盐法合成了一种阴阳离子共掺杂的卤氧化物光催化材料及其制备方法与应用，通过阴阳离子（Br和Y）共掺杂策略，实现了可见光响应下的高效光催化产氧活性和产氢活性，并成功构筑了可见光响应下的基于IO₃^-/I^-氧化还原电对的Z机制全分解水体系，并且表现出良好的光化学稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：