一种Bi/Bi4O5Br2光催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于光催化技术领域，公开了一种Bi/Bi4O5Br2光催化剂、制备方法及其应用，所述Bi/Bi4O5Br2光催化剂的制备方法包括：利用乙二醇为还原剂，采用还原法在Bi4O5Br2微球上原位沉积Bi单质的纳米颗粒；通过控制Bi(NO3)3·

【技术实现步骤摘要】
一种Bi/Bi4O5Br2光催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于光催化
，尤其涉及一种Bi/Bi4O5Br2光催化剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，环境污染是全世界人类面临的一个日益紧迫的问题。水是地球上生命存在的宝贵和基本的自然资源。随着工业化和人类人口的增加，大量的药物化合物、有机染料和重金属离子等污染物被引入地下水。有机染料作为水污染的重要组成部分，正威胁着环境和人类健康。因此，选择合适的方法去除这些污染物是一个非常关键的问题。光催化技术由于其良好的氧化能力和生态友好性，被广泛用于降解这些有机污染物。众所周知，光催化利用太阳能驱动降解反应、选择性氧化和析氢反应等。因此，为了提高太阳能的利用率，需要制备具有良好可见光响应的光催化剂。半导体光催化技术作为一种可靠、绿色、高效的太阳能转换和环境净化方法受到越来越多的关注。
[0003]传统的TiO2催化剂能够进行光解水产氢、染料敏化太阳能电池、光降解污染物、转化CO2为有机燃料等功能。传统的TiO2催化剂具有成本低、化学性质稳定、氧化能力高等特点。然而，这种传统的光催化剂的实际应用相当有限，因为其只响应紫外光，并且可见光利用率低、带隙较大、量子效率低。为了提高光催化的效率，人们把研究方向转向了铋系等新型材料。铋系光催化剂具有无毒性、强氧化性、带隙窄、稳定性高、可见光响应性质等特点，其光催化用途较广。Marzouqi等采用微波辅助法合成出BiOCl/g
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C3N4异质结，用于光催化降解胺类药物尼扎替丁，表现出良好的光催化性能，这归因于异质结界面促进电子
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空穴对的分离，从而促进性能的提升。Guan等人制备出超疏水的BiOBr/Ag铜网复合材料，在降解RhB和MB时表现出较高的光催化活性和稳定的油/水分离效率，可归因于光吸收范围的拓宽及带隙的减小。Deng等通过原位还原法合成出具有氧空位的BiOCl/Bi/Bi2O3/rGO异质结，可完全降解2
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硝基苯酚这归因于氧空位、异质结和金属Bi的协同效应，促进了光产生载体的分离。从而提高了高催化性能。Zeng等人合成了C/BiOI复合材料，表现出较高的光催化降解MO活性和稳定的固氮性能。对于光催化技术的实际应用来说，制备高效、环保的光催化剂是关键。半金属铋(Bi)由于其具有表面等离子共振效应(SPR)和助催化剂的等用途，引起了研究者们广泛的兴趣。
[0004]在富铋卤氧化物材料中，Bi4O5Br2因其高化学稳定性、大的表面积、独特的电子结构和高光吸收容量而特别引人注目。然而，Bi4O5Br2材料作为光催化剂的使用受限于窄的可见光吸收范围(低于450nm)、低的氧化还原电位和高的电荷载体复合率等缺陷。为了克服这些缺点，人们采用了许多方法，包括引入活性中心、合成杂化物、控制晶体表面和形貌工程。例如，已经证实将贵金属沉积至Bi4O5Br2中是优化该材料催化性能的有效且简便的策略。通过调节沉积的含量，可以调节催化剂的电子结构、光吸收容量、活性中心数量和电子
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空穴对分离率等。因此本专利技术尝试将半金属Bi沉积在Bi4O5Br2上，利用Bi的SPR效应促进电荷载流子的分离，提升催化剂单体的光催化性能。这既能降低贵金属使用的开销成本，也能减缓
强还原剂对环境的污染。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0006](1)传统的TiO2催化剂的实际应用相当有限，因为其只响应紫外光，并且可见光利用率低、带隙较大、量子效率低。
[0007](2)现有Bi4O5Br2材料作为光催化剂的使用受限于窄的可见光吸收范围(低于450nm)、低的氧化还原电位和高的电荷载体复合率等缺陷。
[0008]解决以上问题及缺陷的难度为：
[0009]尝试将半金属Bi沉积在Bi4O5Br2上，利用Bi的SPR等离子体共振效应促进半导体界面电荷的转移和分离，提升催化剂单体在可见光下的光催化降解性能，并且该复合材料具有良好的循环稳定性。
[0010]解决以上问题及缺陷的意义为：
[0011]将半金属Bi沉积在Bi4O5Br2上，利用Bi的SPR效应促进电荷载流子的分离，不仅提升催化剂单体在可见光下的光催化降解性能，而且既能降低贵金属使用的开销成本，也能减缓强还原剂对环境的污染，同时为构建基于Bi4O5Br2复合材料及其可见光光催化处理废水应用提供了研究思路。

技术实现思路

[0012]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种Bi/Bi4O5Br2光催化剂及其制备方法和应用。
[0013]本专利技术是这样实现的，一种Bi/Bi4O5Br2光催化剂的制备方法，所述Bi/Bi4O5Br2光催化剂的制备方法包括：
[0014]利用乙二醇为还原剂，采用还原法在Bi4O5Br2微球上原位沉积Bi单质的纳米颗粒；通过控制Bi(NO3)3·
5H2O的含量以制备不同百分比的Bi/Bi4O5Br2复合物，采用XRD、SEM和PL的测试方法对Bi/Bi4O5Br2复合物进行表征，并模拟可见光来降解RhB和BPA。
[0015]进一步，所述Bi/Bi4O5Br2光催化剂的制备方法包括以下步骤：
[0016]步骤一，Bi4O5Br2的制备：通过溶剂热法合成Bi4O5Br2微球；
[0017]步骤二，Bi/Bi4O5Br2复合物制备：采用乙二醇还原法在Bi4O5Br2微球上制备得到不同负载量的Bi/Bi4O5Br2复合光催化剂；
[0018]步骤三，自由基捕获：通过自由基捕获实验对反应的
·
O2‑
、
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OH和h
+
三类活性物种和光催化机理进行确定。
[0019]进一步，步骤一中，所述Bi4O5Br2的制备，包括：
[0020](1)将0.3638g五水硝酸铋溶于5mL乙二醇中，搅拌15min；
[0021](2)将0.0595g KBr溶于15mL乙醇，搅拌30min；
[0022](3)将步骤(2)所得溶液缓慢滴加到步骤(1)所得溶液中，搅拌1h，转移至45mL反应釜；在180℃，反应16h自然降温后，用水和乙醇分别洗涤三次，在60℃下烘干后得到Bi4O5Br2样品。
[0023]进一步，步骤二中，所述Bi/Bi4O5Br2复合物制备，包括：
[0024]将0.092g五水硝酸铋溶于40mL乙二醇中，搅拌30min后分别加入一定量的Bi4O5Br2；在搅拌1h后转移至45mL反应釜中，在180℃下保持10h，自然降温后，用水和乙醇分
别洗涤三次，在60℃下烘干后得到Bi/Bi4O5Br2复合物样品；以五水硝酸铋作为铋源，Bi的负载量为0％、2％、5％和10％时，样品分别记为Bi4O5Br2、BOB
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2、BOB
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5和BOB
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10。
[0025]进一步，步骤二中，所述Bi/Bi4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Bi/Bi4O5Br2光催化剂的制备方法，其特征在于，所述Bi/Bi4O5Br2光催化剂的制备方法包括：利用乙二醇为还原剂，采用还原法在Bi4O5Br2微球上原位沉积Bi单质的纳米颗粒；通过控制Bi(NO3)3·
5H2O的含量以制备不同百分比的Bi/Bi4O5Br2复合物；采用XRD、SEM和PL的测试方法对Bi/Bi4O5Br2复合物进行表征，并模拟可见光来降解RhB和BPA。2.如权利要求1所述Bi/Bi4O5Br2光催化剂的制备方法，其特征在于，所述Bi/Bi4O5Br2光催化剂的制备方法包括以下步骤：步骤一，Bi4O5Br2的制备：通过溶剂热法合成Bi4O5Br2微球；步骤二，Bi/Bi4O5Br2复合物制备：采用乙二醇还原法在Bi4O5Br2微球上制备得到不同负载量的Bi/Bi4O5Br2复合光催化剂；步骤三，自由基捕获：通过自由基捕获实验对反应的
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O2‑
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OH和h
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三类活性物种和光催化机理进行确定。3.如权利要求2所述Bi/Bi4O5Br2光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述Bi4O5Br2的制备，包括：(1)将0.3638g五水硝酸铋溶于5mL乙二醇中，搅拌15min；(2)将0.0595g KBr溶于15mL乙醇，搅拌30min；(3)将步骤(2)所得溶液缓慢滴加到步骤(1)所得溶液中，搅拌1h，转移至45mL反应釜；在180℃，反应16h自然降温后，用水和乙醇分别洗涤三次，在60℃下烘干后得到Bi4O5Br2样品。4.如权利要求2所述Bi/Bi4O5Br2光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述Bi/Bi4O5Br2复合物制备，包括：将0.092g五水硝酸铋溶于40mL乙二醇中，搅拌30min后分别加入一定量的Bi4O5Br2；在搅拌1h后转移至45mL反应釜中，在180℃下保持10h，自然降温后，用水和乙醇分别洗涤三次，在60℃下烘干后得到Bi/Bi4O5Br2复合物样品；以五水硝酸铋作为铋源，Bi的负载量为0％、2％...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨赟，
申请(专利权)人：汉江师范学院，
类型：发明
国别省市：