一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂及其制备方法技术

本申请公开了一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂及其制备方法，所述制备方法所制备出的含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂，通过碳酸根缺陷的构建，在正方晶相碳酸氧铋光催化剂的价带与导带间形成了一个缺陷中间能级，改变了光生电子的激发传输路径，促进了光生电荷的迁移转化，进而抑制了光生电子‑空穴对的复合。同时也扩宽了可见光响应的范围，提高了可见光的利用率，同时提高了对NO的去除率。此外，本申请所述的制备方法所制备出的含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂的生产经济成本低廉。

A square crystal bismuth oxide photocatalyst containing carbonate defects and preparation method thereof

The present application discloses a square crystal phase bismuth oxycarbonate photocatalyst containing carbonate defect and a preparation method thereof. The square crystal phase bismuth oxycarbonate photocatalyst containing carbonate defect is prepared by the preparation method. The valence band and conduction band of the square crystal phase bismuth oxycarbonate photocatalyst are shaped by the construction of carbonate defect. It becomes a defect intermediate level, which changes the excitation and transmission path of photogenerated electrons, promotes the transfer and transformation of photogenerated charges, and inhibits the recombination of photogenerated electrons and hole pairs. At the same time, the range of visible light response is widened, the utilization rate of visible light is increased, and the removal rate of NO is increased. In addition, the preparation method described in the present application produces a square crystal bismuth oxycarbonate photocatalyst containing carbonate defect with low production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂及其制备方法
本申请涉及催化剂领域，尤其涉及一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着人类科技文明的进步，工业得到了大规模地发展，汽车也越来越普及，大量的氮氧化物排放入大气中。氮氧化物作为光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏的污染物，氮氧化物已经成为世界各国亟待解决的大气污染物。可见光驱动的光催化方法作为一种环境友好的绿色技术在环境污染净化和太阳能能源转化方面都展现出了良好的应用前景。可见光驱动的光催化方法能使氮氧化物在光催化剂作用下发生氧化反应，生成H2O、硝酸盐、亚硝酸等而达到无害化，从而净化环境。铋系光催化剂具有良好的光催化活性，可以有效地降解氮氧化物。大部分铋系光催化剂能被可见光激发，具有可见光催化活性。但是，现有技术制备的铋系光催化剂的光量子转换效率较低，光响应范围窄，太阳能(可见光)利用率低等问题的存在阻碍了光催化技术的应用。碳酸氧铋，(BiO)2CO3，为正交晶体结构，晶胞参数属于Imm2空间群，由层状[Bi2O2]2+和[CO3]2-交替排列而成，为新型光催化材料，受到广大研究者的重视，并且应用到空气净化处理方面。虽然纯相碳酸氧铋光催化剂的禁带宽度较大，但是仅对紫外光有较强的吸收，是一种紫外光催化剂。现有技术制备的纯相碳酸氧铋光催化剂不能在价带与导带之间构建一个缺陷中间能级，无法改变光生电子从价带到导带跃迁激发路径，进而无法促进光生电子的迁移效率的提高。
技术实现思路
本申请提供了一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂及其制备方法，通过所述制备方法制备出含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂，由于碳酸根缺陷的形成，可在正方晶相碳酸氧铋光催化剂的价带与导带之间构建一个缺陷中间能级，改变了光生电子从价带到导带跃迁激发路径，以达到提高光催化剂的光量子转换效率，增强其可见光催化活性的目的。根据本申请的实施例第一方面示出一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂的制备方法，所述制备方法包括：S101，将硝酸加入去离子水中，得到稀硝酸溶液；S102，将五水硝酸铋加入稀硝酸溶液中，搅拌至所述五水硝酸铋溶解，然后加入浓氨水，得到浑浊乳白溶液；S103，将二氧化碳通入所述浑浊乳白溶液中，静置沉淀后得到白色沉淀物；S104，将所述白色沉淀物进行离心洗涤后干燥，得到纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂；S105，将稳定剂加入去离子水中，然后加入所述纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂，磁力搅拌得到白色混合物溶液；S106，将硼氢化钠加入去离子水中，磁力搅拌至硼氢化钠溶解，得到硼氢化钠溶液；S107，将所述硼氢化钠溶液滴加到白色混合物溶液中，磁力搅拌后静置沉淀，得到黑色沉淀物；S108，将黑色沉淀物离心洗涤后干燥，得到含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂。可选择的，所述稀硝酸溶液的浓度为0.8mol/L-1mol/L。可选择的，所述浓氨水的体积为15mL-20mL。可选择的，所述二氧化碳的流量控制为1L/min，通入时间为30min。可选择的，所述离心洗涤包括分别先后用乙醇、去离子水各洗涤两次。可选择的，所述稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮。可选择的，所述硼氢化钠溶液的浓度为50mmol/L-100mmol/L。本申请第二方面示出一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂，所述含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂在可见光照射的条件下对NO的去除率为36.8％-50.2％。由以上技术方案可知，本申请提供了一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂及其制备方法，所述制备方法包括：将硝酸加入去离子水中，得到稀硝酸溶液；将五水硝酸铋加入稀硝酸溶液中，搅拌至所述五水硝酸铋溶解，然后加入浓氨水，得到浑浊乳白溶液；将二氧化碳通入所述浑浊乳白溶液中，静置沉淀后得到白色沉淀物；将所述白色沉淀物进行离心洗涤后干燥，得到纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂；将稳定剂加入去离子水中，然后加入所述纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂，磁力搅拌得到白色混合物溶液；将硼氢化钠加入去离子水中，磁力搅拌至硼氢化钠溶解，得到硼氢化钠溶液；将所述硼氢化钠溶液滴加到白色混合物溶液中，磁力搅拌后静置沉淀，得到黑色沉淀物；将黑色沉淀物离心洗涤后干燥，得到含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂。本申请实施例示出的制备方法所制备出的含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂，通过碳酸根缺陷的构建，在正方晶相碳酸氧铋光催化剂的价带与导带间形成了一个缺陷中间能级，改变了光生电子的激发传输路径，促进了光生电荷的迁移转化，进而抑制了光生电子-空穴对的复合。同时也扩宽了可见光响应的范围，提高了可见光的利用率，同时提高了对NO的去除率。此外，本申请实施例示出的制备方法所制备出的含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂的生产经济成本低廉。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请实施例示出的一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂的制备方法的流程图；图2是本申请实施例1制备的纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂和实施例2、3、4制备的含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂在可见光条件下对NO降解的降解效率对比图；图3是本申请实施例1制备的纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂和实施例2、3、4制备的含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂的XRD图，(XRD为X-raydiffraction的缩写，即X射线衍射)；图4是本申请实施例1、3制备的纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂和含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂的XPS的SURVERY图，(XPS图为X-rayphotoelectronspectroscop的缩写，即X射线光电子能谱分析)；图5是本申请实施例1、3制备的纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂和含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂，各自的C1s的高分辨XPS图；图6是本申请实施例1、3制备的纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂、含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂及其经过氩离子表面溅射20nm深度后，各自的O1s的高分辨XPS分峰拟合图；图7是本申请实施例1、3制备的纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂、含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂及其经过氩离子表面溅射20nm深度后，各自的Bi4f的高分辨XPS图；图8是本申请实施例1制备的纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂和实施例2、3、4制备的含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂的固相EPR图，(ERR图为ElectronParamagneticResonance的缩写，即电子顺磁共振)；图9是本申请实施例1制备的纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂的SEM图，(SEM为scanningelectronmicroscope的缩写，即扫描电子显微镜)；图10是本申请实施例3制备的含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂的SEM图；图11是本申请实施例1制备的纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂的TEM图，(TEM为transmissionelectronmicroscope的缩写，即透射电子显微镜)；图12是本申请实施例3制备的含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S101，将硝酸加入去离子水中，得到稀硝酸溶液；S102，将五水硝酸铋加入稀硝酸溶液中，搅拌至所述五水硝酸铋溶解，然后加入浓氨水，得到浑浊乳白溶液；S103，将二氧化碳通入所述浑浊乳白溶液中，静置沉淀后得到白色沉淀物；S104，将所述白色沉淀物进行离心洗涤后干燥，得到纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂；S105，将稳定剂加入去离子水中，然后加入所述纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂，磁力搅拌得到白色混合物溶液；S106，将硼氢化钠加入去离子水中，磁力搅拌至硼氢化钠溶解，得到硼氢化钠溶液；S107，将所述硼氢化钠溶液滴加到白色混合物溶液中，磁力搅拌后静置沉淀，得到黑色沉淀物；S108，将黑色沉淀物离心洗涤后干燥，得到含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S101，将硝酸加入去离子水中，得到稀硝酸溶液；S102，将五水硝酸铋加入稀硝酸溶液中，搅拌至所述五水硝酸铋溶解，然后加入浓氨水，得到浑浊乳白溶液；S103，将二氧化碳通入所述浑浊乳白溶液中，静置沉淀后得到白色沉淀物；S104，将所述白色沉淀物进行离心洗涤后干燥，得到纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂；S105，将稳定剂加入去离子水中，然后加入所述纯正方晶相碳酸氧铋光催化剂，磁力搅拌得到白色混合物溶液；S106，将硼氢化钠加入去离子水中，磁力搅拌至硼氢化钠溶解，得到硼氢化钠溶液；S107，将所述硼氢化钠溶液滴加到白色混合物溶液中，磁力搅拌后静置沉淀，得到黑色沉淀物；S108，将黑色沉淀物离心洗涤后干燥，得到含有碳酸根缺陷的正方晶相碳酸氧铋光催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：董帆，陈鹏，雷奔，孙明禄，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50