一种Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的制备方法及其应用，将聚乙烯吡咯烷酮和硝酸铋的乙二醇溶液中加入溴化十六烷基三甲胺的乙二醇溶液，采用水热反应合成BiOBr材料；配制硫代乙酰胺的水溶液，并逐滴加入到BiOBr材料的分散液中，于室温反应3h得到Bi2S3/BiOBr复合光催化材料。本发明专利技术制得的光催化复合材料中Bi2S3和BiOBr具有良好的接触界面，有利于光生载流子的传输和分离效率的提高，使得光催化性能大幅提高。

Preparation and Application of Bi2S3/BiOBr Composite Photocatalytic Materials

The invention discloses a preparation method of Bi2S3/BiOBr composite photocatalytic material and its application. The ethylene glycol solution of polyvinylpyrrolidone and bismuth nitrate is added to the ethylene glycol solution of cetyltrimethylamine bromide, and the BiOBr material is synthesized by hydrothermal reaction; the water solution of thioacetamide is prepared and added to the BiOBr material drop by drop. Bi2S3/BiOBr composite photocatalytic materials were synthesized by reaction at room temperature for 3 hours in the dispersion solution. Bi2S3 and BiOBr in the photocatalytic composite prepared by the invention have good contact interface, which is beneficial to the improvement of the transmission and separation efficiency of photogenerated carriers, and greatly improves the photocatalytic performance.

【技术实现步骤摘要】
一种Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的制备方法及其应用
本专利技术属于复合光催化材料的合成
，具体涉及一种Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的制备方法及其应用。
技术介绍
氮气是地球大气层的主要成分，而且能够作为原料直接合成氨（NH3）。传统的由N2合成NH3的方法需要高温高压条件。光催化技术利用太阳光作为能源，选择合适的光催化剂，利用光子能量活化N2分子合成NH3是一种环境友好、条件温和的合成NH3的方法。但是光催化合成NH3的效率还比较低，因此寻求光催化剂材料是提高光催化氮还原合成氨效率的重要途径。BiOBr的带隙宽度为~2.6eV，具有层状结构，给原子极化提供足够的空间，层与层之间的内建电场有助于载流子的有效分离，因此BiOBr是一种优异的光催化氮还原的催化剂材料。然而BiOBr在可见光的吸收范围比较窄，只能吸收450nm以下的可见光。为了提高BiOBr在可见光区的响应范围，与窄带隙半导体形成复合光催化剂是一种广泛应用的方法。如公告号为104659157B的专利公开了一种BiOBr/CdS光电薄膜材料的制备方法，CdS作为光敏半导体，能够有效提高光生载流子的寿命及传输和分离效率。硫化铋（Bi2S3）的带隙是~1.3eV，能吸收波长为800nm以内的可见光，而且硫化铋具有良好的稳定性和光催化活性，被广泛用作光催化材料或与其他材料形成复合光催化剂提高复合材料的光催化性能。公告号为103611551B的专利公开了一种制备Bi2S3/Bi2MoO6异质结复合材料的方法，Bi2S3的引入可以拓宽光催化剂对太阳光的响应范围，提高对入射光的捕获能力。Bi2S3与CdS相比，不但可以提高复合光催化剂的光生载流子的寿命及传输和分离效率，而且Bi2S3具有更好的光稳定性以及环境友好性。因此Bi2S3与BiOBr形成复合材料将会表现出优异的光催化氮还原性能。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种工艺简单、成本低廉且环境友好的Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的制备方法，该方法通过控制硫代乙酰胺的加入量合成不同Bi2S3负载量的复合光催化材料，其能够较好地应用于光催化固氮反应。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将0.200g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和1.455gBi(NO3)3·5H2O加入到10mL乙二醇溶液中并充分混合均匀得到分散液A；步骤S2：将3.280g溴化十六烷基三甲胺（CTAB）溶于10mL乙二醇中得到溶液B；步骤S3：将步骤S1得到的分散液A与步骤S2得到的溶液B混合后置于高压反应釜中，于160℃反应30min，反应结束后自然冷却至室温，将产物取出后离心分离、干燥得到BiOBr材料；步骤S4：将10~40mg硫代乙酰胺（TAA）加入到20mL去离子水中并充分搅拌溶解得到溶液C；步骤S5：将步骤S3得到的BiOBr材料均匀分散于20mL去离子水中得到分散液D，将步骤S4得到的溶液C逐滴加入到分散液D中，于室温反应3h，离心分离后干燥得到Bi2S3/BiOBr复合光催化材料。本专利技术制得的Bi2S3/BiOBr复合光催化材料作为光催化氮还原催化剂用于光催化固氮反应。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术制得的Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的制备过程简单、能耗较低、成本低廉且环境友好；2、本专利技术制得的Bi2S3/BiOBr复合光催化材料能够作为光催化氮还原催化剂用于光催化固氮反应，与BiOBr相比，复合光催化材料的光催化性能明显提高；3、本专利技术采用离子交换法合成Bi2S3/BiOBr复合光催化材料，有利于Bi2S3与BiOBr之间形成良好接触界面，有利于光生载流子的传输，有效提高光生载流子的寿命以及传输和分离效率，进而提高光催化性能。附图说明图1是实施例1-4制得的BiOBr和Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的扫描电镜图，从图中可以看出BiOBr和Bi2S3/BiOBr复合光催化材料均是片状结构的聚集体，而且Bi2S3修饰之后，复合光催化材料的形貌没有发生明显变化；图2是实施例3制得的Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的透射电镜图，图中晶格间距0.279nm和0.22nm分别对应BiOBr（110）和Bi2S3（141）晶面；图3是实施例1-4制得的BiOBr和Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的X-射线衍射图谱，由图可知随着硫代乙酰胺用量的增加，衍射图谱中Bi2S3的衍射峰逐渐增强；图4是实施例1-4制得的BiOBr和Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的光吸收谱，由图可知Bi2S3/BiOBr复合光催化材料与BiOBr相比，在可见光区的吸收明显增强；图5是实施例1-4制得的BiOBr和Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的光催化氮还原性能曲线，由图可知Bi2S3/BiOBr复合光催化材料与BiOBr相比，NH3的产量显著增加，说明Bi2S3/BiOBr复合光催化材料具有更好的光催化氮还原活性。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1步骤S1：将0.200g聚乙烯吡咯烷酮和1.455gBi(NO3)3·5H2O加入到10mL乙二醇溶液中并充分混合均匀得到分散液A；步骤S2：将3.280g溴化十六烷基三甲胺溶于10mL乙二醇中得到溶液B；步骤S3：将步骤S1得到的分散液A与步骤S2得到的溶液B混合后置于高压反应釜中，于160℃反应30min，反应结束后自然冷却至室温，将产物取出后离心分离、干燥得到BiOBr材料。实施例2步骤S1：将0.200g聚乙烯吡咯烷酮和1.455gBi(NO3)3·5H2O加入到10mL乙二醇溶液中并充分混合均匀得到分散液A；步骤S2：将3.280g溴化十六烷基三甲胺溶于10mL乙二醇中得到溶液B；步骤S3：将步骤S1得到的分散液A与步骤S2得到的溶液B混合后置于高压反应釜中，于160℃反应30min，反应结束后自然冷却至室温，将产物取出后离心分离、干燥得到BiOBr材料；步骤S4：将10mg硫代乙酰胺加入到20mL去离子水中并充分搅拌溶解得到溶液C；步骤S5：将步骤S3得到的BiOBr材料均匀分散于20mL去离子水中得到分散液D，将步骤S4得到的溶液C逐滴加入到分散液D中，于室温反应3h，离心分离后干燥得到Bi2S3/BiOBr复合光催化材料。实施例3步骤S1：将0.200g聚乙烯吡咯烷酮和1.455gBi(NO3)3·5H2O加入到10mL乙二醇溶液中并充分混合均匀得到分散液A；步骤S2：将3.280g溴化十六烷基三甲胺溶于10mL乙二醇中得到溶液B；步骤S3：将步骤S1得到的分散液A与步骤S2得到的溶液B混合后置于高压反应釜中，于160℃反应30min，反应结束后自然冷却至室温，将产物取出后离心分离、干燥得到BiOBr材料；步骤S4：将20mg硫代乙酰胺加入到20mL去离子水中并充分搅拌溶解得到溶液C；步骤S5：将步骤S3得到的BiOBr材料均匀分散于20mL去离子水中得到分散液D，将步骤S4得到的溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将0.200g聚乙烯吡咯烷酮和1.455g Bi(NO3)3·5H2O加入到10mL乙二醇溶液中并充分混合均匀得到分散液A；步骤S2：将3.280g溴化十六烷基三甲胺溶于10mL乙二醇中得到溶液B；步骤S3：将步骤S1得到的分散液A与步骤S2得到的溶液B混合后置于高压反应釜中，于160℃反应30min，反应结束后自然冷却至室温，将产物取出后离心分离、干燥得到BiOBr材料；步骤S4：将10~40mg硫代乙酰胺加入到20mL去离子水中并充分搅拌溶解得到溶液C；步骤S5：将步骤S3得到的BiOBr材料均匀分散于20mL去离子水中得到分散液D，将步骤S4得到的溶液C逐滴加入到分散液D中，于室温反应3h，离心分离后干燥得到Bi2S3/BiOBr复合光催化材料。

【技术特征摘要】
1.一种Bi2S3/BiOBr复合光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将0.200g聚乙烯吡咯烷酮和1.455gBi(NO3)3·5H2O加入到10mL乙二醇溶液中并充分混合均匀得到分散液A；步骤S2：将3.280g溴化十六烷基三甲胺溶于10mL乙二醇中得到溶液B；步骤S3：将步骤S1得到的分散液A与步骤S2得到的溶液B混合后置于高压反应釜中，于160℃反应30min，反应结束后自然冷却至室温，将产物取出后...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐超亚，徐芳，党治国，武大鹏，高志永，蒋凯，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41