磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂及其制备方法，该磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂是以氧化铋为载体，氧化铋表面修饰有硫化铋和磷酸银。制备方法包括以下步骤：制备氧化铋与硫脲的混合液；将氧化铋与硫脲的混合液进行水热反应，制备硫化铋/氧化铋复合物；将硫化铋/氧化铋复合物与Ag

Silver Phosphate/Bismuth Sulfide/Bismuth Oxide BiZ Photocatalyst and Its Preparation Method

The invention discloses a silver phosphate/bismuth sulfide/bismuth oxide bismuth Z type photocatalyst and a preparation method thereof. The silver phosphate/bismuth sulfide/bismuth oxide bismuth Z type photocatalyst is based on bismuth oxide as a carrier, and the bismuth oxide surface is modified with bismuth sulfide and silver phosphate. The preparation method comprises the following steps: preparation of a mixture of bismuth oxide and thiourea; hydrothermal reaction of the mixture of bismuth oxide and thiourea to prepare bismuth sulfide/bismuth oxide composite; and preparation of bismuth sulfide/bismuth oxide composite with Ag.

【技术实现步骤摘要】
磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂及其制备方法
本专利技术属于光催化
，涉及一种磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化及其制备方法。
技术介绍
随着社会的不断发展，水资源污染及短缺问题越来越明显，急需寻找到一种节能、环保、高效的水污染治理技术解决这些问题。光催化技术是通过半导体光催化剂在光照条件下具有的氧化还原能力净化污染物，已展现出良好的运用前景。迄今为止已有大量的材料发现具有光催化特性，其主要包括金属基光催化材料和非金属基光催化材料。近年来，铋基光催化材料因其廉价且具有良好的可见光响应光催化材料而被广泛用于光催化剂领域的研究。其中Bi2O3是一种典型的铋基光催化材料（Bi2O3能隙约为2.8eV），然而，Bi2O3存在比表面积小、光生电子-空穴易重组、光催化性能弱等问题极大限制了Bi2O3的应用。为了改善Bi2O3的光催化性能，通常将Bi2O3与其他材料进行复合从而形成一种异质结光催化体系，这类异质结体系通常能显著提升光催化材料的对光谱的吸收范围，加快光生电子-空穴分离速度，从而提升光催化剂的光催化性能。然而，现有铋基异质结光催化材料仍然存在吸光能力弱、光生电子-空穴分离速率慢等问题，这限制了材料的光催化性能。因此，如何全面改善现有铋基异质结材料中存在吸光能力弱、光生电子-空穴分离速率慢、光催化性能差等问题，获得一种吸光能力强、光生电子-空穴复合率低、光催化性能高、稳定性好的磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂以及与之相匹配的工艺简单、条件易控制、成本低的磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂的制备方法，对于进一步扩大光催化技术的应用范围具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸光能力强、光生电子-空穴复合率低、光催化性能高、稳定性好的磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂，还提供了一种工艺简单、条件易控制、成本低的磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂，所述磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂是以氧化铋为载体，所述氧化铋表面修饰有硫化铋和磷酸银。上述的磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂，进一步改进的，所述磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂中氧化铋的质量百分含量为55%～70%，硫化铋的质量百分含量为21%～27%，磷酸银的质量百分含量为4%～24%。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种上述的磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将氧化铋与硫脲溶液混合，超声分散，得到氧化铋与硫脲的混合液；S2、将步骤S1中得到的氧化铋与硫脲的混合液进行水热反应，离心，干燥，得到硫化铋/氧化铋复合物；S3、将步骤S2中得到的硫化铋/氧化铋复合物与Ag+溶液混合，加入HPO42-溶液进行沉淀反应，离心，干燥，得到磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述氧化铋的制备方法包括以下步骤：将五水硝酸铋升温至500℃～600℃进行煅烧，冷却，研磨，得到氧化铋。上述的制备方法，进一步改进的，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述氮气的流速为200mL/min～400mL/min；所述煅烧过程中升温速率为2.0℃/min～3.0℃/min；所述煅烧的时间为4h～5h；所述研磨时间为5min～10min。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述氧化铋与硫脲溶液的比例为0.932g～2.796g∶50mL～100mL；所述硫脲溶液的浓度为0.06M～0.72M；所述超声分散的时间为20min～30min。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述水热反应的温度为160℃～180℃；所述水热反应的时间为4h～6h；所述离心的转速为5000rpm～8000rpm；所述干燥的温度为70℃～80℃。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述硫化铋/氧化铋复合物、Ag+溶液和HPO42-溶液的比例为0.25g～0.75g∶50mL～100mL∶20mL～40mL。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述Ag+溶液为硝酸银溶液；所述硝酸银溶液的浓度为3.5mM～21.5mM；所述HPO42-溶液为磷酸氢二钠溶液；所述磷酸氢二钠溶液的浓度为0.1M～0.2M。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述混合在转速为500rpm～800rpm的搅拌条件下进行；所述搅拌的时间为15min～30min；所述沉淀反应在转速为500rpm～800rpm下进行；所述沉淀反应的时间为1h～2h；所述离心的转速为5000rpm～8000rpm；所述干燥的温度为70℃～80℃。本专利技术的创新点在于：针对现有氧化铋（Bi2O3）比表面积小、光生电子-空穴易复合、光催化性能弱等问题，以及现有铋基异质结材料中存在的吸光能力弱、光生电子-空穴分离速率慢、光催化性能差等问题，本专利技术创造性地将磷酸银（Ag3PO4）、硫化铋（Bi2S3）和氧化铋（Bi2O3）进行复合，从而构建了一种三元双Z型光催化剂，显著提升了Bi2O3的吸光能力、光催化性能。一方面，Bi2S3和Bi2O3的引入使得三者间形成了双Z型异质结结构，处于Ag3PO4、Bi2S3导带的电子能快速地传递到Bi2O3的价带，改变了电子的传递路径，加速光生电子-空穴的分离效率，减少了光生电子-空穴的复合。由于光生电子-空穴分离效率的提升使得积累于Ag3PO4、Bi2S3价带的空穴越来越多，因而其空穴的还原性越来越强，而累积于Bi2O3导带的电子也越来越多，从而使得其氧化性也越来越强，因而使得光催化材料的光催化性能显著提升。另一方面，Bi2S3可以作为光敏化剂，Bi2S3的掺入可以显著提升复合材料对光的吸收。并且Bi2S3可以减少光对Ag3PO4的腐蚀，从而提升材料的光催化性能。因此，本专利技术磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂，具有吸光能力强、光生电子-空穴复合率低、光催化性能好、稳定性好等优点，能够广泛用于光催化去除环境中的污染物（如抗生素），有着很好的应用前景。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术提供了一种磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂，具有吸光能力强、光生电子-空穴复合率低、光催化性能好、稳定性好等优点，是一种新型的光催化材料。（2）本专利技术磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂中，通过优化氧化铋的质量百分含量为55%～70%，硫化铋的质量百分含量为21%～27%，磷酸银的质量百分含量为4%～24%，使得本专利技术三元双Z型光催化剂具有更好的光催化性能，这是因为磷酸银和硫化铋对氧化铋的性能具有重要影响。如，当磷酸银的质量百分含量高于24%时，磷酸银的掺入量过多会导致材料易被光腐蚀，从而降低了材料的光催化性能；当磷酸银的质量百分含量低于4%时，磷酸银的掺入量过少使得磷酸银的光催化性能不能得到更好的发挥，从而降低了复合材料的光催化性能。又如，当硫化铋的质量百分含量高于27%时，硫化铋的掺入量较多会阻碍磷酸银光催化性能的发挥，因而复合催化剂并不能展现出较好的光催化性能；当硫化铋的质量百分含量低于21%时，硫化铋的掺入量较少会减少复合材料对可见光的吸收，从而也会降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂，其特征在于，所述磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂是以氧化铋为载体，所述氧化铋表面修饰有硫化铋和磷酸银。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂，其特征在于，所述磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂是以氧化铋为载体，所述氧化铋表面修饰有硫化铋和磷酸银。2.根据权利要求1所述的磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂，其特征在于，所述磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂中氧化铋的质量百分含量为55%～70%，硫化铋的质量百分含量为21%～27%，磷酸银的质量百分含量为4%～24%。3.一种如权利要求1或2所述的磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将氧化铋与硫脲溶液混合，超声分散，得到氧化铋与硫脲的混合液；S2、将步骤S1中得到的氧化铋与硫脲的混合液进行水热反应，离心，干燥，得到硫化铋/氧化铋复合物；S3、将步骤S2中得到的硫化铋/氧化铋复合物与Ag+溶液混合，加入HPO42-溶液进行沉淀反应，离心，干燥，得到磷酸银/硫化铋/氧化铋双Z型光催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述氧化铋的制备方法包括以下步骤：将五水硝酸铋升温至500℃～600℃进行煅烧，冷却，研磨，得到氧化铋。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述氮气的流速为200mL/min～400mL/min；所述煅烧过程中升温速率为2.0℃/min～3.0℃/min；所述煅烧的时间为4h～5h；所述研磨时间为5min～10min。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵彬彬，刘小娟，章薇，刘智峰，梁清华，曾光明，刘洋，罗崧豪，吴婷，彭赞，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43