一种异质结光催化剂、制备方法及其用途技术

本发明专利技术提供给了一种新的异质结光催化剂及其制备方法，所述催化剂是以BiIO4为内层，Ag3PO4为外层的复合结构；所述BiIO4与Ag3PO4的摩尔比为2‑10:100。制备方法工艺简单、易于控制、成本低廉，可制备高纯度的BiIO4/Ag3PO4异质结光催化剂。该催化剂用于光催化降解废水中苯酚。

A heterojunction photocatalyst, its preparation method and Application

The present invention provides a new heterojunction photocatalyst and its preparation method. The catalyst is a composite structure with BiIO4 as inner layer and Ag3PO4 as outer layer. The molar ratio of BiIO4 to Ag3PO4 is 2_10:100. The preparation method is simple, easy to control and low cost. BiIO4/Ag3PO4 heterojunction photocatalyst with high purity can be prepared. The catalyst was used for photocatalytic degradation of phenol in wastewater.

【技术实现步骤摘要】
一种异质结光催化剂、制备方法及其用途
本专利技术涉及材料化学领域，特别涉及一种异质结光催化剂、制备方法及其用途。
技术介绍
随着现代工业的迅速发展，能源短缺和环境问题日益严重。因此，开发无污染的环保技术和清洁能源是我们面临的一项紧迫任务。自20世纪70年代TiO2被发现在紫外光照射下的光催化作用以来，半导体材料制成的光催化剂就被认为是解决环境问题的可靠解决方案之一。Ag3PO4具有很高的光致氧化降解有机染料(如罗丹明B，或亚甲基蓝等)的能力，而且量子产量可以达到90％。然而，由于Ag3PO4的导带(CB)的电势比氢的电势更正，Ag3PO4将不可避免地受到光腐蚀的影响，并且在没有电子受体的情况下表现出较低的光稳定性。Ag3PO4在独自参与可见光光催化降解苯酚废水反应时，在100分钟内的对废水中染料的降解率低于80％。近年来，铋基材料例如BiPO4、BiVO4、Bi2WO6、BiOX(X＝Cl、Br、I)作为光催化活性物质在有机污染物的降解中引起了大众的广泛关注。铋基光催化剂的分层结构存在于活性(Bi2O2)2+层和卤素原子层之间而有高效的光催化活性。在有机染料的降解过程中，发现了一种新型的含铋碘酸盐(BiIO4)材料，它是一种高效的光催化剂。在BiIO4的结构中，局部的极性碘离子(IO3)-存在于(Bi2O2)2+层之间，这将有利于电荷的转移。然而，BiIO4的带隙大只能被紫外光激发，这极大地限制了它的实际应用。BiIO4在独自参与可见光光催化降解苯酚废水反应时，在100分钟内的对废水中染料的降解率低于35％。
技术实现思路
为此，需要提供一种复合光催化剂及其制备方法，该催化剂对苯酚废水具有良好的催化活性。为实现上述目的，专利技术人提供了一种异质结光催化剂，所述催化剂是以BiIO4为内层，Ag3PO4为外层的复合结构；所述BiIO4与Ag3PO4的摩尔比为2-10:100。本专利技术将BiIO4与Ag3PO4进行复合，首次形成具有异质结结构的BiIO4/Ag3PO4光催化剂，通过将BiIO4与窄带隙的半导体Ag3PO4耦合形成异质结构来增强BiIO4可见光光催化活性；而与BiIO4的耦合会阻碍Ag3PO4中光生电子和空穴的复合，从而增强Ag3PO4的光催化活性。进一步地，所述BiIO4的粒径为0.1-0.6μm，所述Ag3PO4的粒径为0.8-1.6μm。专利技术人还提供了上述异质结光催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：BiIO4悬浮液配制：将粒径为0.1-0.6μm的BiIO4加入水中，超声分散均匀，形成BiIO4悬浮液；BiIO4/Ag3PO4悬浮液配制：将BiIO4悬浮液中依次加入AgNO3溶液和Na2HPO4溶液，在20-30℃下混合均匀，得到BiIO4/Ag3PO4悬浮液；分离、干燥：将BiIO4/Ag3PO4悬浮液进行固液分离，洗涤沉淀物，并对洗涤后沉淀物进行干燥，得到BiIO4/Ag3PO4成品；所述BiIO4、AgNO3与Na2HPO4的摩尔比为2-10:300：100。制备中，先加入AgNO3后再加入Na2HPO4形成的Ag3PO4沉淀形貌更好，质地更均匀。Ksp(Ag3PO4)＝[Ag+]3[PO4],形成沉淀的过程银离子的贡献大于磷酸根离子。实验过程中先加入硝酸银使得溶液中含有大量银离子，加入磷酸氢钠可迅速形成均匀分散的沉淀。进一步地，所述BiIO4/Ag3PO4悬浮液配制步骤中，，所述AgNO3溶液和Na2HPO4溶液的滴加速度为2ml/min，所述BiIO4悬浮液的配制量为50ml。进一步地，所述制备方法中使用的配置用水为去离子水，所述AgNO3溶液和Na2HPO4溶液也采用离子水进行配置。采用去离子水可避免引入干扰杂质，影响催化剂的精密度。进一步地，所述分离干燥步骤中，所述沉淀物依次用去离子水和乙醇进行洗涤。进一步地，所述BiIO4为Bi(NO3)3·5H2O与I2O5通过水热法合成。专利技术人进一步提供了异质结光催化剂用于光催化降解废水中苯酚的用途。专利技术人提供了一种催化剂产品，所述产品中包括上述异质结光催化剂。区别于现有技术，上述技术方案提供了一种新型的BiIO4/Ag3PO4异质结光催化剂，该催化剂的制备方法工艺简单、易于控制、成本低廉，可制备高纯度的BiIO4/Ag3PO4异质结光催化剂。本专利技术制备的BiIO4/Ag3PO4异质结光催化材料经过紫外可见漫反射的测试，其光响应向可见光区移动，其可见光催化活性比BiIO4和Ag3PO4均有显著提高；在光电流测试中与BiIO4和Ag3PO4相比起光电流更大，其特殊的异质结结构，加快了光生载流子的分离，减小了光生电子-空穴的复合几率，较好的提高了其可见光催化活性和稳定性，可进一步拓展其在挥发性有机废气光催化降解的应用。附图说明图1为实施例5制备的Ag3PO4扫描电镜图；图2为实施例1制备的BiIO4的扫描电镜图；图3为实施例2制备的BiIO4/Ag3PO4的扫描电镜图；图4为实施例2制备的BiIO4/Ag3PO4的透射电镜图；图5为实施例2制备的BiIO4/Ag3PO4的O-K、P-K、I-K、Bi-L、Ag-K和Ag-L的元素图谱；图6为BiIO4、Ag3PO4和实施例2-4制备的BiIO4/Ag3PO4的X射线衍射图谱；图7为BiIO4、Ag3PO4和实施例2-4中BiIO4/Ag3PO4的紫外漫反射光谱图；图8为BiIO4,Ag3PO4和实施例2中BiIO4/Ag3PO4异质结光催化剂光电流响应图；图9为BiIO4,Ag3PO4和实施例2-4的BiIO4/Ag3PO4异质结光催化剂样品降解效率图；图10为BiIO4,Ag3PO4和和实施例2-4的BiIO4/Ag3PO4异质结光催化降解速率图。具体实施方式为详细说明技术方案的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。实施例1：BiIO4的合成将1.9402gBi(NO3)3·5H2O加入到15mL去离子水中不断搅拌溶解，制备悬浊液；将0.6676gI2O5添加到15ml去离子水中，并将烧杯被放置在超声波水浴中3分钟，制备澄清溶液。将澄清溶液加入到上述悬浮液中，搅拌30分钟后在140℃的温度下反应24小时，反应完成后悬浊液自然冷却到室温之后进行固液分离，所得的沉淀物用去离子水和无水乙醇洗涤三次后在烘箱下干燥，得到0.1-0.6μm粒径的BiIO4粉末。实施例2：5％BiIO4/Ag3PO4催化剂制备BiIO4悬浮液配制：将粒径为0.1-0.6μm的0.1mmolBiIO4加入50mL去离子水中，超声波水浴10分钟分散均匀，形成BiIO4悬浮液；BiIO4/Ag3PO4悬浮液配制：将BiIO4悬浮液中以2ml/min的速度滴加AgNO3溶液(6mmolAgNO3溶解于20mL去离子水配置)，然后再以2ml/min的速度加入Na2HPO4溶液(2mmolNa2HPO4溶解于20mL去离子水配置)，在25℃下搅拌6小时混合均匀，得到BiIO4/Ag3PO4悬浮液；分离、干燥：将BiIO4/Ag3PO4悬浮液进行固液分离，用去离子水和乙醇洗涤沉淀物，并对洗涤后沉淀物在60℃的烘箱内进行12小时的干燥，得到BiIO4/Ag3PO4成品，实施例2制备的Bi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异质结光催化剂，其特征在于，所述催化剂是以BiIO4为内层，Ag3PO4为外层的复合结构；所述外层部分或全部覆盖所述内层，所述BiIO4与Ag3PO4的摩尔比为2‑10:100。

【技术特征摘要】
1.一种异质结光催化剂，其特征在于，所述催化剂是以BiIO4为内层，Ag3PO4为外层的复合结构；所述外层部分或全部覆盖所述内层，所述BiIO4与Ag3PO4的摩尔比为2-10:100。2.根据权利要求1所述的异质结光催化剂，其特征在于，所述BiIO4的粒径为0.1-0.6μm，所述Ag3PO4的粒径为0.8-1.6μm。3.权利要求1或2所述的异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：BiIO4悬浮液配制：将粒径为0.1-0.6μm的BiIO4加入水中，超声分散均匀，形成BiIO4悬浮液；BiIO4/Ag3PO4悬浮液配制：将BiIO4悬浮液中依次加入AgNO3溶液和Na2HPO4溶液，在20-30℃下混合均匀，得到BiIO4/Ag3PO4悬浮液；分离、干燥：将BiIO4/Ag3PO4悬浮液进行固液分离，洗涤沉淀物，并对洗涤后沉淀物进行干燥，得到BiIO4/Ag3PO4成品。4.根据权利要求3所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋旭春，蔡开聪，刘清莹，胡玉花，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35