一种铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂及制备方法和应用，所述铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂为CuBi2O4和Bi2O2CO3复合形成的异质结结构，通过超声法或搅拌法制备得到，制备的CuBi2O4/Bi2O2CO3异质结光催化剂在紫外

【技术实现步骤摘要】
一种铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于功能材料领域，具体涉及一种铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]工业的快速发展导致空气污染愈发严重，严重影响了人类社会的可持续发展和人们的身体健康。光催化技术可用于治理空气污染，效果良好，并且以太阳光为驱动力成本低廉，具有明显的优势。
[0003]Bi2O2CO3作为一种具有独特晶体和电子结构、优异活性的半导体光催化剂，受到了广泛的关注和研究。然而单一的Bi2O2CO3由于存在禁带宽度较大(～3.2eV)和光响应范围窄等缺点，而降低了其光催化活性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂及制备方法和应用，该方法操作简单，反应时间短，反应条件温和，制备的CuBi2O4/Bi2O2CO3异质结光催化剂在紫外
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可见
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近红外光照射下对四环素有很好的降解作用。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂，其为CuBi2O4和Bi2O2CO3复合形成的异质结结构。
[0007]优选的，CuBi2O4为四方相晶体结构，属于I4(79)空间点群；Bi2O2CO3为正交晶系结构，属于Pna21(33)空间点群。
[0008]优选的，CuBi2O4和Bi2O2CO3的摩尔比为1:(6
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24)。
[0009]所述的铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂的制备方法，将CuBi2O4粉体和Bi2O2CO3粉体在甲醇中反应，得到铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂。
[0010]优选的，具体为：将CuBi2O4粉体分散到甲醇中，超声，得到悬浊液A；将Bi2O2CO3粉体加入悬浊液A中，搅拌，得到悬浊液B；将悬浊液B分离，所得沉淀经去离子水和无水乙醇洗涤后，干燥，得到CuBi2O4/Bi2O2CO3异质结光催化剂。
[0011]进一步发，所述超声时间为10
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50分钟。
[0012]进一步的，所述搅拌时间为10
‑
50分钟。
[0013]优选的，所述CuBi2O4粉体的制备方法为：将Bi(NO3)3·
5H2O、Cu(NO3)3·
3H2O和NaOH分散在水中，得到前驱液A，将前驱液A进行水热反应，所得反应液中的沉淀物洗涤、干燥，得到CuBi2O4粉体。
[0014]优选的，所述Bi2O2CO3粉体的制备方法为：将柠檬酸钠和Bi(NO3)3·
5H2O溶解于HNO3溶液中，之后用NaOH溶液调节pH，然后搅拌均匀得到前驱液B，将前驱液B进行水热反应，所得反应液中的沉淀物洗涤、干燥和研磨，得到微米花球状Bi2O2CO3粉体。
[0015]本专利技术制备的CuBi2O4/Bi2O2CO3异质结光催化剂中的CuBi2O4微球紧密附着在直径
较大的Bi2O2CO3微球表面，形成CuBi2O4/Bi2O2CO
3 Z型异质结，增强复合异质结光催化氧化还原能力，在紫外
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可见光
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近红外200
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2200nm范围内表现出增强的光吸收特性，可用于紫外
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可见
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红外光下光催化深度降解四环素。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0017]本专利技术利用窄带隙半导体CuBi2O4的紫外
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可见
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近红外强的光响应特性，与Bi2O2CO3组成Z型异质结，在光照下，CuBi2O4和Bi2O2CO3被光激发产生的光生电子从价带向导带跃迁，空穴保留在价带上，CuBi2O4和Bi2O2CO3复合后，Bi2O2CO3导带的电子与CuBi2O4价带的空穴复合，留下CuBi2O4导带的电子将O2还原为
·
O2‑
；Bi2O2CO3价带的空穴将H2O氧化为
·
OH，
·
O2‑
和
·
OH共同参与对有机物的降解过程，因此，CuBi2O4和Bi2O2CO3复合后，两者协同作用，增强了光催化时的氧化还原性能。且因紫外
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可见光
‑
近红外光响应的CuBi2O4的存在增强了Bi2O2CO3的光吸收，在紫外
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可见
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近红外光催化降解四环素方面具有良好的应用前景。
[0018]本专利技术制备方法以Bi2O2CO3和CuBi2O4为原料，采用化学超声法或搅拌法，使CuBi2O4在静电应力作用下与Bi2O2CO3复合，成功构建具有增强光催化性能的CuBi2O4/Bi2O2CO
3 Z型异质结光催化剂，其流程简易，操作简单，反应时间短，反应条件温和。
[0019]本专利技术所制备的CuBi2O4/Bi2O2CO3异质结光催化剂可实现紫外
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可见
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近红外光光催化降解四环素，具有良好的应用前景。
附图说明
[0020]图1是本专利技术对比例和实施例1
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4制备产物的XRD图。
[0021]图2是本专利技术对比例1的SEM图
[0022]图3是本专利技术对比例2的SEM图。
[0023]图4实施例2制备的催化剂粉体的SEM图。
[0024]图5是本专利技术对比例和实施例1
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4制备的催化剂粉体的UV
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vis DRS图。
[0025]图6是本专利技术对比例和实施例2
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3制备的催化剂粉体的PL图。
[0026]图7是本专利技术制备的催化剂粉体在可见光照射下对四环素的降解曲线。
[0027]图8是本专利技术制备的催化剂粉体在可见光照射下对四环素的降解速率曲线。
[0028]图9是本专利技术制备的催化剂粉体在可见光照射下对四环素的TOC去除曲线。
[0029]图10是本专利技术制备的催化剂粉体在近红外光照射下对四环素的降解曲线。
[0030]图11是本专利技术制备的催化剂粉体在近红外光照射下对四环素的降解速率曲线。
[0031]图12是本专利技术实施例制备的光催化剂的活性物种捕获图。
[0032]图13
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图14是本专利技术实施例制备的光催化剂在可见光下的ESR图。
[0033]图15是本专利技术制备的复合光催化粉体光催化降解四环素的机理图。
具体实施方式
[0034]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术进行描述，这些描述只是进一步解释本专利技术的特征和优点，并非用于限制本专利技术的权利要求。
[0035]对比例1：
[0036]步骤1：将2.66mmol Bi(NO3)3·
5H2O、2.20mmol Cu(NO3)3·
3H2O和42mmol Na本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂，其特征在于，其为CuBi2O4和Bi2O2CO3复合形成的异质结结构。2.根据权利要求1所述的铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂，其特征在于，CuBi2O4为四方相晶体结构，属于I4(79)空间点群；Bi2O2CO3为正交晶系结构，属于Pna21(33)空间点群。3.根据权利要求1所述的铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂，其特征在于，CuBi2O4和Bi2O2CO3的摩尔比为1:(6
‑
24)。4.权利要求1
‑
3任一项所述的铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，将CuBi2O4粉体和Bi2O2CO3粉体在甲醇中通过超声或搅拌反应，得到铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂。5.根据权利要求4所述的铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，具体为：将CuBi2O4粉体分散到甲醇中，超声，得到悬浊液A；将Bi2O2CO3粉体加入悬浊液A中，搅拌，得到悬浊液B；将悬浊液B分离，所得沉淀经去离子水和无水乙醇洗涤后，干燥，得到CuBi2O4/Bi2O2CO3异质结光催化剂。6.根据权利要求5所述的铋酸铜/碳酸氧铋异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，...

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