一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法和应用，属于纳米材料制备和光催化环境能源及污染物治理技术领域。它包括二维纳米片M1和二维纳米片M2，M1和M2呈层状分布，且两者之间具有异质结；所述M1中含有Ti元素；所述M2的化学式为A

【技术实现步骤摘要】
一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料制备和光催化环境能源及污染物治理
，更具体地说，涉及一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，现代工业化的迅猛发展带来了日益突出的环境污染及能源短缺问题。光催化技术基于半导体及其衍生材料为媒介，以太阳能为驱动，由于其具有无污染、经济、高效等优点，正成为热门的研究方向之一。在该领域的现有技术中，光催化剂大多采用复合材料，而其复合所制备出的结构大多为微球形或纤维状，然而该类材料具有不可避免的缺陷：(1)单体易堆积、团聚，使得比表面积减小，活性位点屏蔽；(2)光生电子空穴分离效率不佳，严重限制了材料的光催化活性。
[0003]经检索，中国专利技术专利CN111215119A公开了一种表面分散型纳米钼酸铋复合光催化材料的制备方法，其具体公开了：以含聚丙烯腈的混合物制备含钛前驱体溶液，利用静电纺丝装置制备含钛纤维，干燥后置于马弗炉中煅烧，获得具有粗糙表面形貌的二氧化钛纳米纤维；然后分散于二水钼酸钠与五水硝酸铋的乙二醇、无水乙醇中，进行水热反应；反应结束后离心、收集、洗涤沉淀，干燥即获得产品。该专利技术通过将钼酸铋纳米颗粒在二氧化钛粗糙纤维表面弥散生长形成的三维分等级结构，虽然可以部分促进吸附和光化学反应，但是该结构依然限制了复合材料的光催化性能。
[0004]因此，目前亟需设计一种异质结光催化剂或其制备方法，以提升光生载流子的寿命，进而促进光生电子和空穴的快速分离，从而增强异质结材料的光催化降解污染物的能力。

技术实现思路

[0005]1.要解决的问题
[0006]针对现有技术中光催化剂的光催化性能较低、对于污染物的降解能力较弱的问题，本专利技术提供一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法和应用，通过合理选材和设置异质结材料的结构，从而有效解决光催化剂的光催化性能较低、对于污染物的降解能力较弱的问题。
[0007]2.技术方案
[0008]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术的一种具有高催化活性的异质结光催化剂，包括二维纳米片M1和二维纳米片M2，M1和M2呈层状分布，且两者之间具有异质结；所述M1中含有Ti元素；所述M2的化学式为A
l
B
m
O
n
；其中A为化合价大于1的金属元素，B为V B族或VI B族元素，O为氧元素，l为1～4，m为0.36～2，n为3～12；所述异质结光催化剂中能级最低的价带能量＞2.38eV，或者能级最高的导带能量＜0.046eV。
[0010]优选地，所述M1为TiO2，其厚度为1.3nm～16nm。
[0011]优选地，所述M2为Bi2MoO6，其厚度为2.3nm～25nm。
[0012]优选地，所述二维纳米片TiO2和二维纳米片Bi2MoO6的质量比为(1～300)：(400～800)。
[0013]优选地，所述异质结催化剂的带隙能量为2.40eV～3.50eV。
[0014]本专利技术的一种光催化剂的制备方法，所述光催化剂为本专利技术中的一种具有高催化活性的异质结光催化剂，其具体制备步骤为：
[0015](1)先制备出二维纳米片TiO2；
[0016](2)将二维纳米片TiO2和Bi
3+
盐超声分散于超纯水中得到分散液X，将MoO6‑6盐和表面活性剂超声分散于超纯水中得到分散液Y；
[0017](3)将分散液X滴入分散液Y中反应得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂。
[0018]优选地，所述(1)步骤中二维纳米片TiO2的制备方法为：
[0019]将四氯化钛加入到乙二醇中，搅拌均匀至完全溶解后，所得混合溶液转移到水热反应釜中，经过恒温反应后将所得产物用超纯水和无水乙醇洗涤，离心后真空干燥，得到二维纳米片TiO2；其中四氯化钛和乙二醇的体积比为(0.1～5)：(3～150)；所述恒温反应的温度为120℃～180℃，反应时间为3h～6h。
[0020]优选地，所述(2)步骤的分散液X中二维纳米片TiO2、Bi
3+
盐和超纯水的质量比为(0.01～0.3)：(0.1～5)：(5～60)；和/或分散液Y中的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，MoO6‑6盐、十六烷基三甲基溴化铵和超纯水的质量比为(0.05～0.6)：(0.005～0.4)：(5～60)；和/或所述超声时间为0.1h～1.5h。
[0021]优选地，所述(3)步骤中分散液X的滴入速度为0.2～2.0mL/min，在该滴速下有利于Bi2MoO6在TiO2的表面与其平行生长，从而制备出二维纳米片型的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂；
[0022]和/或所述分散液X和分散液Y在不锈钢高压反应釜中进行恒温热反应，反应结束后自然冷却至室温，对所得的沉淀物离心分离，然后用超纯水和无水乙醇洗涤1～6次，真空干燥，得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂；其中反应温度为80℃～160℃，反应时间为18h～36h。
[0023]本专利技术还提供一种光催化剂的应用，所述光催化剂为本专利技术中的异质结光催化剂，可用于降解抗生素。
[0024]3.有益效果
[0025]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0026](1)本专利技术的一种具有高催化活性的异质结光催化剂，包括二维纳米片M1和二维纳米片M2，M1和M2呈层状分布，且两者之间具有异质结；所述M1中含有Ti元素；所述M2的化学式为A
l
B
m
O
n
；其中A为化合价大于1的金属元素，B为V B族或VI B族元素，O为氧元素，l为1～4，m为0.36～2，n为3～12；所述异质结光催化剂中能级最低的价带位置＞2.38eV，或者能级最高的导带能量＜0.046eV，能够同时产生
·
OH和
·
O2‑
自由基；将二维纳米片M2平行生长在二维纳米片M1上，首先可以抑制二维纳米片之间的聚集，从而提高整个体系的比表面积和活性位点，有利于材料表面的物质传递和光催化反应的进行；其次，二维纳米片的结构可以使得两种材料之间接触的面积增大，从而有效缩短了电荷转移的距离，可以为异质结界面的电荷转移提供基础；最后，由于两种材料的费米能级的差异而形成的内建电场，可能为电
荷分离提供驱动力，促进异质结界面内的电荷转移，进一步促进光生电荷分离，从而增强异质结材料的光催化降解污染物的能力。
[0027](2)本专利技术的一种具有高催化活性的异质结光催化剂，所述M1为TiO2，其厚度为1.3nm～16nm，所述M2为Bi2MoO6，其厚度为2.3nm～25nm，所述二维纳米片TiO2和二维纳米片Bi2MoO6的质量比为(1～300)：(400～800)，所述异质结催化剂的带隙能量为2.40eV～3.50eV；通过上述设置，得到的T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高催化活性的异质结光催化剂，其特征在于，包括二维纳米片M1和二维纳米片M2，M1和M2呈层状分布，且两者之间具有异质结；所述M1中含有Ti元素；所述M2的化学式为A
l
B
m
O
n
；其中A为化合价大于1的金属元素，B为V B族或VI B族元素，O为氧元素，l为1～4，m为0.36～2，n为3～12；所述异质结光催化剂中能级最低的价带位置＞2.38eV，或者能级最高的导带能量＜0.046eV。2.根据权利要求1所述的一种具有高催化活性的异质结光催化剂，其特征在于，所述M1为TiO2，其厚度为1.3nm～16nm。3.根据权利要求2所述的一种具有高催化活性的异质结光催化剂，其特征在于，所述M2为Bi2MoO6，其厚度为2.3nm～25nm。4.根据权利要求3所述的一种具有高催化活性的异质结光催化剂，其特征在于，所述二维纳米片TiO2和二维纳米片Bi2MoO6的质量比为(1～300)：(400～800)。5.根据权利要求4所述的一种具有高催化活性的异质结光催化剂，其特征在于，所述异质结催化剂的带隙能量为2.40eV～3.50eV。6.一种光催化剂的制备方法，其特征在于，所述光催化剂为权利要求1～5任一项所述的一种具有高催化活性的异质结光催化剂，其具体制备步骤为：(1)先制备出二维纳米片TiO2；(2)将二维纳米片TiO2和Bi
3+
盐超声分散于超纯水中得到分散液X，将MoO6‑6盐和表面活性剂超声分散于超纯水中得到分散液Y；(3)将分散液X滴入分散液Y中反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲜啟鸣，王鋙葶，左淦丞，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：