一种Bi修饰BiOBr-g-C3N4异质结光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种Bi修饰BiOBr

【技术实现步骤摘要】
一种Bi修饰BiOBr
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g
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C3N4异质结光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化
，具体涉及一种Bi修饰BiOBr
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g
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C3N4异质结光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，由于溴氧铋(BiOBr)价格优惠、无毒及其光学活性优异的特性，在可见光响应光催化剂研发领域受到了广泛的关注。BiOBr为四方晶系层状结构，其晶型为PbFCl型，[Bi2O2]2+
层和双Br
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离子层形成的内部电场，这种独特的层状结构能提高光生电子和空穴的分离效率，从而提高BiOBr的光催化活性。然而，BiOBr的禁带宽度约为2.64eV～2.91eV，对可见光的利用率较低，其可见光催化活性较弱。
[0003]为了提高BiOBr的可见光催化活性，研究者对BiOBr进行改性，这些改性方法主要包括：A)对形貌的调控(如文章Ma H C,Zhao M,Xing H M,et al.2015.Synthesis and enhanced photoreactivity of metallic Bi
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decorated BiOBr composites with abundant oxygen vacancies[J].Mater Electron,26:10002
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10011)；B)元素掺杂，如中国专利CN111744505A公开了一种铌掺杂溴氧化铋催化剂；C)金属沉积；D)构建异质结，如张文东(BiOBr和C3N4的制备、表征及可见光催化氧化罗丹明B性能研究[D])研究了二维纳米异质结g
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C3N4/BiOBr对罗丹明B的可见光降解。
[0004]目前，构建异质结在提高BiOBr的可见光催化活性具有较好的效果，这是因为石墨碳氮化物(g
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C3N4)是一种不含金属的新型聚合材料，具有良好的电子性能以及高温下的化学稳定性。g
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C3N4的导带(
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0.98eV)比BiOBr的导带(0.32eV)高，而BiOBr的价带(3.05eV)比g
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C3N4的价带(1.44eV)低，故BiOBr的价带中的空穴会转移到g
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C3N4的价带中，而BiOBr的导带中的光生电子会转移到g
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C3N4的导带中，因此复合后的异质结能有效分离光生电子对。
[0005]构建g
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C3N4/BiOBr异质结虽然能有效降低电子空穴对的复合，提高BiOBr的可见光光催化活性，但是其对BiOBr禁带宽度的改善有限(BiOBr禁带宽度：2.98eV，g
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C3N4/BiOBr禁带宽度：2.76eV～2.92eV)，对可见光吸收不足，BiOBr的可见光光催化效率仍需进一步提高。
[0006]因此，需要提供一种可以有效降低BiOBr禁带宽度的方法，以进一步提高BiOBr催化剂的可见光催化性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有较低禁带宽度的Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂。本专利技术制备得到的Bi修饰BiOBr
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g
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C3N4异质结光催化剂在可见光照射下，对RhB的光催化降解率可高达99.8％，与BiOBr相比提高了41.16％，与BiOBr
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g
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C3N4相比提高了23.21％；对RhB的反应速率常数可高达0.097/min，是BiOBr的16.44倍，是BiOBr
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C3N4的3.73倍。
[0008]本专利技术的另一目的在于，提供所述Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂的制备方法。
[0009]本专利技术的另一目的在于，提供所述Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂在可见光催化降解有机污染物中的应用。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂，由Bi修饰BiOBr和g
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C3N4片层复合而成；其中，Bi修饰BiOBr包括BiOBr纳米片组成的球状结构和修饰在BiOBr纳米片表面的Bi单质；其中，Bi、BiOBr和g
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C3N4的质量比为0.01～2.1:0.4～7.2:1。
[0012]BiOBr的禁带宽度约为2.64eV～2.91eV，对可见光的利用率较低，其可见光催化活性较弱。
[0013]本专利技术通过研究发现，特定形貌的BiOBr
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C3N4异质结光催化剂可提升催化剂的可见光光催化活性。其中，BiOBr纳米片组成球状结构，可有效降低电子空穴对的复合，提高BiOBr的可见光光催化活性，但该结构的BiOBr
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C3N4异质结光催化剂对禁带宽度的改善有限，其禁带宽度约为2.8eV。
[0014]本专利技术进一步研究发现，在BiOBr纳米片上修饰Bi金属单质得到的Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂，可显著降低异质结光催化剂的禁带宽，其原因可能是Bi金属单质的等离子效应与异质结结构的协同作用，可以显著降低Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂的禁带宽度，提高其对可见光的利用率，显著提高光催化速率，且具有良好的催化稳定性，可重复使用。
[0015]本专利技术人更进一步研究发现，金属Bi单质的修饰量以及BiOBr与g
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C3N4的比例对禁带宽度的降低有较大的影响：Bi单质修饰量太少，光催化剂的降低效果不明显；Bi单质修饰量太多，则需要引入更多的还原剂来还原Bi单质，而还原剂的用量太多，不利于异质结的形成。在本专利技术的比例中，可以有效发挥Bi金属单质的等离子效应与异质结结构的协同作用，显著降低Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂的禁带宽度，提高其对可见光的利用率，显著提高光催化速率。
[0016]优选地，Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂种，Bi、BiOBr和g
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C3N4的质量比为0.1～0.5:0.8～1.4:1。
[0017]所述Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0018]S1.将g
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C3N4、铋前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂，其特征在于，由Bi修饰BiOBr和g
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C3N4片层复合而成；其中，Bi修饰BiOBr包括BiOBr纳米片组成的球状结构和修饰在BiOBr纳米片表面的Bi单质；其中，Bi、BiOBr和g
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C3N4的质量比为0.01～2.1:0.4～7.2:1。2.根据权利要求1所述Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂，其特征在于，Bi、BiOBr和g
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C3N4的质量比为0.1～0.5:0.8～1.4:1。3.权利要求1所述Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.g
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C3N4、铋前驱体和形貌导向剂于溶剂中，得到溶液A；S2.将可溶性溴盐和还原剂溶于溶剂中，得到溶液B；S3.在持续搅拌条件下，将溶液A滴入溶液B中形成悬浊液，继续搅拌5～180min后，在50～250℃下反应1～24h，冷却至25～30℃后离心得到沉淀物，将得到的沉淀物洗涤后进行冷冻干燥，即得所述Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂。4.根据权利要求3所述Bi修饰BiOBr
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C3N4异质结光催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬梅，黄毅，梁奕聪，邓玥，曾庆洋，尤炜弘，谢震宇，陈海强，陈锦妹，林志奇，陈志炫，李俊添，杨思睿，方文钦，陈梓浩，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：