一种双Z型异质结复合催化剂及其制备方法和应用技术

技术编号：40480487 阅读：6 留言：0更新日期：2024-02-26 19:14

本发明专利技术公开了一种双Z型异质结复合催化剂及其制备方法和应用，属于纳米复合材料和光催化技术领域。本发明专利技术中TiO<subgt;2</subgt;纳米棒和Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;纳米粒子沉积在Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;纳米片表面，形成了具有Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;Z型异质结和TiO<subgt;2</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;Z型异质结的催化剂，所述催化剂中Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;的(110)晶面、TiO<subgt;2</subgt;的(101)晶面和Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;的(131)晶面两两互相紧密接触。本发明专利技术的催化剂在光催化降解四环素反应中，表现出优异的催化性能。本发明专利技术构筑了Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;和TiO<subgt;2</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;双Z型异质结复合催化剂体系，利用异质界面的相互协同，促进了光生电子和空穴的分离和传递，实现了光催化高效降解四环素。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米复合材料和光催化，具体涉及一种双z型异质结复合催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

1、近年来各地江河湖泊中频频检测出各类抗生素，因此，急需要开发新型的污染水体治理技术，以控制污染源并降低水体抗生素污染浓度水平。

2、光催化剂能够吸收光而被激发并参与各类反应，反应结束后光催化剂的理化性质保持不变。由于这类反应只需消耗光能作为能源而无需其它类型的能源输入，因此若能实现稳定的太阳光驱动光催化反应，则该项技术有望成为低成本且绿色可持续发展的关键技术。

3、其中，bi2o2co3作为一种典型的层状bi基半导体材料，由于其化学稳定性和独特的化学性质，被认为是一种优异的半导体光催化剂。然而，传统的bi2o2co3光催化剂的光生电子和空穴的分离效率较低，限制了光催化的实际应用。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双z型异质结复合催化剂及其制备方法和应用，该催化剂提高了光生电子和空穴的分离效率。

2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：

3、第一方面，本专利技术提供一种bi2wo6/bi2o2co3和tio2/bi2o2co3双z型异质结复合催化剂，tio2纳米棒和bi2wo6纳米粒子沉积在bi2o2co3纳米片上，形成了具有bi2wo6/bi2o2co3的z型异质结和tio2/bi2o2co3的z型异质结的催化剂，所述催化剂bi2o2co3的(110)晶面、tio2的(101)晶面和bi

4、进一步地，上述技术方案中，所述tio2纳米棒的尺寸为70.9-102.5nm，所述bi2o2co3纳米片的尺寸为184.1-545.7nm，所述bi2wo6纳米粒子的尺寸为6.7-12.6nm。

5、进一步地，上述技术方案中，所述bi2o2co3、所述tio2和所述bi2wo6的摩尔比为1-2:2-4:1-2。

6、第二方面，本专利技术提供了一种所述bi2wo6/bi2o2co3和tio2/bi2o2co3双z型异质结复合催化剂及制备方法，包括如下步骤：

7、以钛酸钾纳米线为前驱体，在尿素溶液中，具体为尿素水溶液，加入硝酸铋和硝酸铜，采用一步水热法合成了bi2wo6/bi2o2co3和tio2/bi2o2co3双z型异质结复合催化剂；

8、其中，所述硝酸铋在所述尿素溶液中成核生长形成bi2o2co3纳米片，钛酸钾纳米线原位生长形成tio2纳米棒并沉积在所述bi2o2co3纳米片上，同时，钨酸钠和硝酸铋在碱性环境下生成bi2wo6纳米粒子沉积在所述bi2o2co3纳米片上，形成双z型异质结复合催化剂。

9、进一步地，上述技术方案中，具体包括如下步骤：

10、(1)将所述前驱体与所述尿素溶液混合后超声得到前驱液；

11、(2)向所述前驱液中加入bi(no3)3·5h2o和na2wo4·2h2o，搅拌均匀后，在180-220℃下反应14-18h，经水洗、离心、干燥，得到所述bi2wo6/bi2o2co3和tio2/bi2o2co3双z型异质结复合催化剂。

12、进一步地，上述技术方案中，所述钛酸钾纳米线前驱体的制备方法，包括如下步骤：

13、室温下，将p25(二氧化钛p25的简称)与氢氧化钾水溶液混合均匀后，在190-210℃的条件下反应22-26h，分离产物中的固体，用水洗涤所述固体至中性，烘干，即得。

14、进一步地，上述技术方案中，所述前驱体、所述bi(no3)3·5h2o和所述na2wo4·2h2o的摩尔比为2-4：0.5-1.5：3-5。

15、第三方面，本专利技术提供了一种上述的复合催化剂或所述的制备方法制备的复合催化剂在光催化降解四环素中的应用。

16、有益效果：

17、本专利技术以钛酸钾纳米线为前驱体，利用一步水热法合理构筑了bi2wo6/bi2o2co3和tio2/bi2o2co3双z型异质结复合催化剂，利用bi2wo6纳米粒子生长在bi2o2co3上，同时tio2纳米钛棒生长在bi2o2co3。bi2o2co3(110)晶面、tio2(101)和bi2wo6(131)晶面紧密接触，构筑了双z型异质界面。

18、bi2wo6/bi2o2co3和tio2/bi2o2co3双z型异质结复合催化剂在光催化降解四环素中表现了增强的光催化活性，光照时间为1.5h后，其光降解了75％的四环素。这个结果表明，bi2wo6和bi2o2co3、tio2和bi2o2co3之间的彼此耦合能够诱导光生电子和空穴在三个半导体之间传递，进而提高了光生电子和空穴的分离效率，实现了光催化高效降解四环素，并提升了催化反应性能。

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【技术保护点】

1.一种Bi2WO6/Bi2O2CO3和TiO2/Bi2O2CO3双Z型异质结复合催化剂，其特征在于，TiO2纳米棒和Bi2WO6纳米粒子沉积在Bi2O2CO3纳米片表面，形成了具有Bi2WO6/Bi2O2CO3的Z型异质结和TiO2/Bi2O2CO3的Z型异质结的催化剂，所述催化剂中Bi2O2CO3的(110)晶面、TiO2的(101)晶面和Bi2WO6的(131)晶面两两互相紧密接触。

2.根据权利要求1所述的Bi2WO6/Bi2O2CO3和TiO2/Bi2O2CO3双Z型异质结复合催化剂，其特征在于，所述TiO2纳米棒的尺寸为70.9-102.5nm，所述Bi2O2CO3纳米片的尺寸为184.1-545.7nm，所述Bi2WO6纳米粒子的尺寸为6.7-12.6nm。

3.根据权利要求1所述Bi2WO6/Bi2O2CO3和TiO2/Bi2O2CO3双Z型异质结复合催化剂，其特征在于，所述Bi2O2CO3、所述TiO2和所述Bi2WO6的摩尔比为1-2:2-4:1-2。

4.一种权利要求1-3中任一项所述的Bi2WO6/Bi2O2CO3和Ti

5.根据权利要求4所述的Bi2WO6/Bi2O2CO3和TiO2/Bi2O2CO3双Z型异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的Bi2WO6/Bi2O2CO3和TiO2/Bi2O2CO3双Z型异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述前驱体的制备方法，包括如下步骤：

7.根据权利要求5所述的Bi2WO6/Bi2O2CO3和TiO2/Bi2O2CO3双Z型异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述前驱体、所述Bi(NO3)3·5H2O和所述Na2WO4·2H2O的摩尔比为2-4：0.5-1.5：3-5。

8.一种权利要求1-3任意一项所述的复合催化剂或权利要求4-7任意一项所述的制备方法制备的复合催化剂在光催化降解四环素中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种bi2wo6/bi2o2co3和tio2/bi2o2co3双z型异质结复合催化剂，其特征在于，tio2纳米棒和bi2wo6纳米粒子沉积在bi2o2co3纳米片表面，形成了具有bi2wo6/bi2o2co3的z型异质结和tio2/bi2o2co3的z型异质结的催化剂，所述催化剂中bi2o2co3的(110)晶面、tio2的(101)晶面和bi2wo6的(131)晶面两两互相紧密接触。

2.根据权利要求1所述的bi2wo6/bi2o2co3和tio2/bi2o2co3双z型异质结复合催化剂，其特征在于，所述tio2纳米棒的尺寸为70.9-102.5nm，所述bi2o2co3纳米片的尺寸为184.1-545.7nm，所述bi2wo6纳米粒子的尺寸为6.7-12.6nm。

3.根据权利要求1所述bi2wo6/bi2o2co3和tio2/bi2o2co3双z型异质结复合催化剂，其特征在于，所述bi2o2co3、所述tio2和所述bi2wo6的摩尔比为1-2:2-4:1-2...

【专利技术属性】
技术研发人员：史全全，平贵臣，孙雁鑫，
申请(专利权)人：内蒙古农业大学，
类型：发明
国别省市：

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