一种Ag/g-C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种Ag/g

【技术实现步骤摘要】
一种Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于功能材料领域，具体涉及一种Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂及其制备和应用。

技术介绍

[0002]抗生素可用于治疗细菌感染且效果显著，因而被视为微生物学史上的重大成就之一，其可应用于养殖业、畜牧业等行业。但是，抗生素在生物体内无法完全代谢，排放至体外后通过水循环进入河流、湖泊、地下水，已经严重破坏了水生生态平衡。即使是较低浓度抗生素的存在也会危机人类身体健康，提高细菌耐药性。因此，解决抗生素污染问题势在必行。
[0003]物理化学吸附、化学氧化、生物氧化、电催化可用于去除水中抗生素，但能耗大，操作困难，对于低浓度抗生素的去除效果较差，且有可能造成二次污染。研究表明，光催化技术可用于去除水体中抗生素，将其直接分解为H2O和CO2，无二次污染，且以太阳能为能量来源，绿色环保可再生。
[0004]传统光催化剂，例如TiO2、ZnO、g
‑
C3N4等，较低的太阳能利用率、较高的光生电子
‑
空穴对复合率等缺点是限制其光催化降解抗生素反应活性的主要原因。因此，制备宽光谱响应的高活性光催化材料用于治理抗生素污染是亟待解决的一大问题。Bi2O2CO3是一种新型的光催化材料，其具有典型的二维层状结构，层间[Bi2O2]2+
和CO
32
‑
交替排列形成内建电场，有利于光生电荷分离。但是，与TiO2类似，Bi2O2CO3的禁带宽度较大，只对占太阳光谱5％左右的紫外光响应，对太阳能的利用率较低；且Bi2O2CO3是典型的氧化型半导体，其导带位置较低，光生电子无法还原O2分子产生超氧自由基参与光催化反应。与还原型半导体g
‑
C3N4复合构筑Z型异质结在改善Bi2O2CO3光学性能的同时还可以提高整个材料体系的氧化还原能力。
[0005]即便如此，g
‑
C3N4/Bi2O2CO3也无法利用大部分可见光和占太阳光谱50％左右的近红外光。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂及其制备方法和应用，所述Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂在200
‑
800nm范围内表现出全吸收特性，在模拟太阳光和近红外光照射下均可降解四环素和环丙沙星等抗生素，且光催化性能有了显著提高。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0008]一种Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂，其是Ag单质、类石墨相g
‑
C3N4和Bi2O2CO3三者的复合材料，其中，Ag单质归属于立方晶系，空间点群为Fm
‑
3m(225)；Bi2O2CO3归属于四方晶系，空间点群为I4/mmm(139)。
[0009]优选的，所述Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂在200
‑
800nm范围内表现出全吸
收特性。
[0010]所述的Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1，将AgNO3溶解到无水乙醇中，得到澄清透明的均匀溶液；
[0012]步骤2，将g
‑
C3N4粉体分散到上述均匀溶液中，超声处理得到均匀分散的悬浊液；
[0013]步骤3，向上述悬浊液中加入NaBiO3粉体，搅拌均匀得到反应前驱液；
[0014]步骤4，将得到的反应前驱液进行溶剂热反应，反应结束后，所得沉淀物洗涤、干燥，得到Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂。
[0015]优选的，AgNO3、g
‑
C3N4和NaBiO3的摩尔比为(0.03
‑
0.12)：(0.08
‑
0.12)：(0.04
‑
0.06)。
[0016]优选的，反应前驱液中，AgNO3、g
‑
C3N4和NaBiO3的浓度分别为0.03
‑
0.12mol
·
L
‑1、0.08
‑
0.12mol
·
L
‑1、0.04
‑
0.06mol
·
L
‑1。
[0017]优选的，溶剂热反应的温度为120
‑
160℃，反应时间为12
‑
16h。
[0018]优选的，所述g
‑
C3N4粉体是将尿素经高温热处理得到。
[0019]优选的，步骤4中，洗涤是用去离子水和无水乙醇分别进行洗涤。
[0020]所述的Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂在太阳光或近红外照射下催化降解抗生素中的应用。
[0021]优选的，所述抗生素为四环素或环丙沙星。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0023]本专利技术所述Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结催化剂中，g
‑
C3N4与Bi2O2CO3之间形成Z型异质结，g
‑
C3N4价带的光生空穴与Bi2O2CO3导带的光生电子复合，保留具有强氧化还原能力的g
‑
C3N4导带的光生电子与Bi2O2CO3价带的光生空穴参与光催化反应。贵金属Ag具有明显的LSPR效应，在近红外光照射下Ag与入射光子相互作用产生高能热电子和热空穴，热电子可以驰豫到g
‑
C3N4和Bi2O2CO3的导带位置参与光催化反应，g
‑
C3N4和Bi2O2CO3的导带为Ag的热电子驰豫提供能级平台，提高了热电子和热空穴的分离效率，保留在Ag位点的热空穴可以直接参与光催化反应。Ag与半导体耦合后会在界面形成肖特基势垒，并且Ag具有明显的近场增强效应，肖特基势垒的形成和近场增强效应可以加速光生载流子的生成和分离，提高电子
‑
空穴对的分离效率。因此，本专利技术引入Ag可显著拓宽催化剂光响应范围，同时利用金属与半导体界面的肖特基势垒提高光生载流子分离效率。因而，所述Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂在模拟太阳光和近红外光照射下均可降解四环素和环丙沙星等抗生素，且光催化活性高于g
‑
C3N4、Bi2O2CO3、Ag/g
‑
C3N4和Ag/Bi2O2CO3，可用于光催化治理抗生素污染。
[0024]本专利技术方法以g
‑
C3N4、AgNO3、NaBiO3为原料，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂，其特征在于，其是Ag单质、类石墨相g
‑
C3N4和Bi2O2CO3三者的复合材料，其中，Ag单质归属于立方晶系，空间点群为Fm
‑
3m(225)；Bi2O2CO3归属于四方晶系，空间点群为I4/mmm(139)。2.根据权利要求1所述的Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂，其特征在于，所述Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂在200
‑
800nm范围内表现出全吸收特性。3.权利要求1或2所述的Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将AgNO3溶解到无水乙醇中，得到澄清透明的均匀溶液；步骤2，将g
‑
C3N4粉体分散到上述均匀溶液中，超声处理得到均匀分散的悬浊液；步骤3，向上述悬浊液中加入NaBiO3粉体，搅拌均匀得到反应前驱液；步骤4，将得到的反应前驱液进行溶剂热反应，反应结束后，所得沉淀物洗涤、干燥，得到Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂。4.根据权利要求3所述的Ag/g
‑
C3N4/Bi2O2CO3异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，AgNO3、g
‑
C3N4和NaBiO3的摩尔比为(0.03
‑
0.12)：(0.08
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈国强，王敏，张碧鑫，冯帅军，王勇，毕钰，杨迁，任慧君，夏傲，刘文龙，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：