一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途，所述光催化材料包括碘氧化铋和负载于所述碘氧化铋表面的钛酸锶，本发明专利技术提供的光催化材料具有高光催化氧化还原活性，并且具有全波段光响应。本发明专利技术提供的光催化薄膜含有钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，可以利用光催化材料较高的降解效率，用于水体中污染物的氧化还原反应，抑制水体的富营养化。本发明专利技术提供的光催化材料以及光催化薄膜的制备方法操作简单，可以工业化应用。可以工业化应用。可以工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及光催化材料
，具体涉及一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途。

技术介绍

[0002]富营养化指的是水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染现象。通常，人类活动特别是工农业生产的快速发展及由此带来的排污量增加会迅速加快水体富营养化的进程。其中富含C，N，P等元素有机质由于稳定性强，容易在水体中产生富集，经过日积月累的富集造成了水体的富营养化，对自然水体中的其他生物以及水质造成严重影响。富营养化水体初期由于有机物质浓度低，分布广，由此难以使用常规污水处理手段进行治理。目前，降解水体有机物的处理方式主要有强化生物处理工艺、曝气生物滤池技术等处理工艺，突出问题表现为处理效率低，工艺复杂，材料回收再利用困难等。近年来，光催化降解技术因为其环保、高效、降解持久等特性，成为很多水体有机物降解途径之一。
[0003]钛酸锶(SrTiO3)具有钙钛矿晶体结构与稳定传递电子的性能，被广泛应用于芯片等信息器件的制造。钛酸锶的禁带宽度为3.2eV，具有合适的价带位置，同时具备优异的化学与热稳定性，因此可以用来做光催化剂降解有机污染物的材料。但是钛酸锶仅对紫外光有较好的吸收效果，对可见光响应较弱，对太阳光总体利用率低，因此，需要复合助催化剂，提升钛酸锶对全波段太阳光的吸收程度。
[0004]CN114618537A公开了一种红磷/钛酸锶异质结光催化剂及制备方法及应用，该方法通过将红磷均匀附着在钛酸锶的(110)及(100)晶面上，形成红磷/钛酸锶异质结结构，克服了红磷光生电子和光生空穴复合快的缺点，但是对钛酸锶可见光响应的拓宽范围十分有限。
[0005]CN112058289A公开了一种钛酸锶/碳酸锶异质结光催化剂及其制备方法和应用，该方法通过SrCO3加入到C
16
H
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O4Ti和Sr(NO3)2为原料的SrTiO3前驱体溶液中，通过条件温和、步骤简单的一步水热法原位合成钛酸锶/碳酸锶异质结光催化剂，该催化剂可以增强水解产氢速率，但是光催化活性有限，难以进一步提光氧化还原效率。
[0006]因此，提供一种高氧化还原效率、高光子利用效率的光催化材料对于处理水体污染物以及抑制水体富营养化具有重要意义。

技术实现思路

[0007]针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途，与现有技术相比，本专利技术提供的光催化材料以多面体SrTiO3复合碘氧化铋，具有全波段光响应，可协同快速导出光电子与空穴，本专利技术提供的光催化薄膜具有高降解效率、高光子利用效率，可以有效催化水体污染物分解，本专利技术提供的制备方法操作简单，成本低廉，可以工业化应用。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，所述光催化材料包括碘氧化铋和负载于所述碘氧化铋表面的钛酸锶。
[0010]本专利技术提供的钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料利用碘氧化铋的p型半导体结构，合适的价带以及高自由载流子迁移率，可以与钛酸锶形成p
‑
n结异质结，加速光致电子与空穴分离。本专利技术提供的钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料具有高催化还原活性，并且具有全波段光响应。
[0011]优选地，所述钛酸锶为十八面体结构。
[0012]优选地，所述碘氧化铋为二维片状结构。
[0013]本专利技术优选控制钛酸锶为十八面体结构，碘氧化铋为二维片状结构，可以使二者充分复合的同时，还可以进一步控制钛酸锶在特定的晶面方向聚集光电子，极大地提高了光催化材料的光催化效率。本专利技术中钛酸锶的形状还可以是其它暴露两种以上晶面的多面体，优选为十八面体；所述特定的晶面方向没有特殊限定，例如可以是(001)、(110)、(101)或(111)等。
[0014]优选地，所述光催化材料中，钛酸锶和碘氧化铋的质量比为1:(0.4
‑
4)，例如可以是1:0.4、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.8、1:2、1:2.4、1:2.8、1:3、1:3.4、1:3.8或1:4，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0015]优选地，所述钛酸锶的粒径为20
‑
500nm，例如可以是20nm、40nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0016]优选地，所述碘氧化铋的粒径为1
‑
10μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种如本专利技术第一方面所述钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0018](1)混合钛酸锶和碘化物，得到混合溶液；
[0019](2)混合步骤(1)得到的所述混合溶液和铋盐溶液，然后进行反应，之后依次进行冷却、固液分离、洗涤和干燥，得到所述光催化材料。
[0020]本专利技术提供的制备方法通过首先混合钛酸锶和碘化物，得到混合溶液；然后混合步骤(1)得到的所述混合溶液和铋盐溶液，进行反应，得到所述光催化材料。本专利技术利用溶胶凝胶法，将多面体钛酸锶和碘氧化铋复合，制备得到高性能的p
‑
n异质结，制备工艺简单，可以工业化应用。
[0021]本专利技术对所述固液分离的方法没有特殊限定，例如可以是过滤或离心。
[0022]本专利技术中，所述混合溶液的溶剂没有特殊限定，一般为水，所述铋盐溶液的溶剂没有特殊限定，一般为乙二醇。
[0023]本专利技术中，所述冷却的终点温度一般为15
‑
40℃，所述洗涤的一般包括水洗2
‑
3次，乙醇洗涤2
‑
3次。
[0024]优选地，步骤(1)所述钛酸锶和碘化物的摩尔比为1:(0.2
‑
2)，例如可以是1:0.2、1:0.4、1:0.6、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8或1:2，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述碘化物包括碘化钾。
[0026]优选地，步骤(2)所述混合包括：将铋盐溶液在搅拌的条件下加入到步骤(1)得到的所述混合溶液中。
[0027]优选地，所述铋盐包括硝酸铋。
[0028]优选地，所述铋盐溶液的浓度为0.05
‑
0.1mol/L，例如可以是0.05mol/L、0.06mol/L、0.07mol/L、0.08mol/L、0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，其特征在于，所述光催化材料包括碘氧化铋和负载于所述碘氧化铋表面的钛酸锶。2.根据权利要求1所述的光催化材料，其特征在于，所述钛酸锶为十八面体结构；优选地，所述碘氧化铋为二维片状结构。3.根据权利要求1或2所述的光催化材料，其特征在于，所述光催化材料中，钛酸锶和碘氧化铋的质量比为1:(0.4
‑
4)；优选地，所述钛酸锶的粒径为20
‑
500nm；优选地，所述碘氧化铋的粒径为1
‑
10μm。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合钛酸锶和碘化物，得到混合溶液；(2)混合步骤(1)得到的所述混合溶液和铋盐溶液，然后进行反应，之后依次进行冷却、固液分离、洗涤和干燥，得到所述光催化材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述钛酸锶和碘化物的摩尔比为1:(0.2
‑
2)；优选地，所述碘化物包括碘化钾；优选地，步骤(2)所述混合包括：将铋盐溶液在搅拌的条件下加入到步骤(1)得到的所述混合溶液中；优选地，所述铋盐包括硝酸铋；优选地，所述铋盐溶液的浓度为0.05
‑
0.1mol/L；优选地，所述铋盐中铋元素与所述混合溶液中锶元素的摩尔比为(0.2
‑
2):1；优选地，所述反应的温度为60
‑
80℃；优选地，所述反应的时间为0.5
‑
2h；优选地，所述干燥的温度为50
‑
90℃；优选地，所述干燥的时间为4
‑
12h。6.一种光催化薄膜，其特征在于，所述光催化薄膜包含如权利要求1
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3任一项所述的钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料。7.根据权利要求6所述的光催化薄膜，其特征在于，所述光催化薄膜包含薄膜基材和包覆于所述薄膜基材表面的多层光催化材料修饰层；优选地，所述光催化材料修...

【专利技术属性】
技术研发人员：段东平，贾奇博，刘健，李焱，钟莉，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：