【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光催化材料领域，具体地说是一种三元异质结光催化材料、其制备方法及应用。
技术介绍
1、全氟辛酸(pfoa)是一类人工合成的含氟有机化合物，能够作为表面活性剂、乳化剂、憎油剂、选矿剂，被广泛应用于工业生产和日常生活等各领域。然而，pfoa作为一种持久性有机污染物，在环境水中半衰期高于40年，而且容易通过食入、吸入、皮肤接触等多种途径被人体摄取并蓄积。其具有较强的生物毒性，能够干扰内分泌，影响代谢和生殖，还可能诱发癌症、肝肿大等疾病，严重危害人类健康。环境中pfoa的处理迫在眉睫，但是由于c-f共价键的高稳定性(485kj mol-1)和极性，导致pfoa非常稳定，自然降解、生物降解和污水厂处理技术中很难降解pfoa。鉴于此，pfoa降解技术的开发受到环境和工程等各领域研究者的重点关注。
2、光催化法具有高效、环保、操作简单和成本低等优势，在pfoa的降解应用中展现出广阔前景。高效pfoa光催化法的开发关键在于高效光催化剂的制备。tio2作为一种典型的n型半导体光催化剂被广泛应用于各类有机污染物的降解。然而，tio2存在宽禁带(3.34ev)、光诱导的电子-空穴对易快速重组的缺点，对可见光利用率低，在可见光下对有机污染物的降解效果差，如其对pfoa的降解率＜50％。为了提高tio2的可见光利用率以增强其降解pfoa的能力，掺杂元素以减小tio2的带隙或者构建异质结是有效的策略。卤氧化铋(biox，x＝cl，br和i)作为一种p型半导体催化剂，由于其独特的结构和特殊的带隙受到广泛关注。研究表明，卤氧化铋在光催
3、在已报道的有关bioi-tio2复合材料的专利(专利公开号cn 101618332 a，cn108772078a)中，bioi-tio2已展现出具有较强的可见光吸收能力，但由于其光生载流子的快速复合，导致其对于模拟太阳光的利用效率较低。为此，本专利技术正是围绕以上技术难题，力求寻找一种可以提高bioi-tio2对模拟太阳光的利用效率的方法，并将其应用于在模拟太阳光下对水中全氟辛酸的催化降解。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种三元异质结光催化材料、其制备方法及应用，该三元异质结光催化材料是以单层碳化钛(mxenes)为载体衍生的三元异质结光催化材料碘氧化铋-碳化钛-二氧化钛(bioi-mxenes-tio2)，该催化材料首次成功应用于在模拟太阳光条件下对全氟辛酸的催化降解。
2、本专利技术是这样实现的：
3、本专利技术所提供的三元异质结光催化材料是以单层碳化钛(mxenes)为载体衍生的三元异质结碘氧化铋-碳化钛-二氧化钛(bioi-mxenes-tio2)光催化材料，该光催化材料具有良好的模拟太阳光吸收能力、快速的光生电子-空穴转移、较高的光生载流子分离效率、较优的光催化降解效率，可用于全氟辛酸的快速光催化降解。
4、本专利技术发现，在模拟太阳光的照射下，因为bioi的导带高于载体，bioi的导带电子容易通过肖特基势垒流入到载体中，该电子转移过程比导带和价带之间光生电子-空穴的复合速率快，因此bioi导带中的大量电子可以储存在mxenes中。另一方面，由于mxenes的能级高于tio2的价带，tio2价带中的空穴也很容易流入到mxenes中。因此，mxenes充当bioi和tio2光生电子-空穴的储存或复合中心，有助于增强电荷的转移以及促进光生电子-空穴对的分离，从而增强材料的光催化活性。
5、上述三元异质结光催化材料的制备方法如下：
6、(1)bioi的制备：将铋的无机盐和ki在常温下搅拌，之后过滤洗涤干燥后合成bioi；
7、(2)bioi-mxenes的制备：将合成好的bioi和mxenes超声处理，之后常温搅拌，接着进行水热反应，洗涤干燥后收集固体为bioi-mxenes；
8、(3)bioi-mxenes-tio2的制备：将步骤(2)制备的bioi-mxenes与tio2加入到eg中超声1h后，常温搅拌，水热反应，洗涤干燥后收集固体为bioi-mxenes-tio2。
9、优选的，上述方法中，步骤(1)中所述铋的无机盐为bi(no3)3·5h2o，bi(no3)3·5h2o与ki的摩尔质量比为1：1。
10、优选的，上述方法中，步骤(2)中，将bioi与mxenes超声处理，具体是：将mxenes和bioi加入到乙二醇中进行超声分散。
11、优选的，上述方法中，步骤(1)～(3)中洗涤均指用乙醇和蒸馏水进行洗涤。
12、优选的，上述方法中，步骤(2)和(3)中水热反应参数为：160℃下水热反应12h。
13、本专利技术所提供的bioi-mxenes-tio2三元异质结光催化材料可用作pfoa的催化降解，具体是：将制备的bioi-mxenes-tio2三元异质结光催化材料做光催化剂，取10mg催化剂加入到10ml的pfoa溶液中，在模拟太阳光条件下降解pfoa，用lc-ms-ms测试pfoa以及主要降解中间产物的含量。
14、本专利技术首次将bioi-mxenes-tio2光催化剂应用于模拟太阳光下对水中全氟辛酸的催化降解，不仅解决了单一材料和两元材料对可见光利用率不高和光生载流子易复合的问题，同时为在模拟太阳光下降解水中全氟辛酸提供了技术参考。
15、本专利技术具有以下优点：
16、1、本专利技术综合了bioi和tio2的带隙，使其对于模拟太阳光的吸收利用能力大大提高。
17、2、本专利技术引入mxenes作为载体，具有很好的导电性，提高了光生载流子的分离效率。
18、3、本专利技术提供的异质结光催化剂材料能很好的利用模拟太阳光，比表面积大，能很好的提升光生电子和空穴的分离效率，延长光生载流子的寿命，光催化活性高，氧化能力强，具有很好的稳定性和可重复利用性。
19、4、首次将以mxenes为载体衍生的bioi-mxenes-tio2三元异质结光催化剂用于模拟太阳光下水中全氟辛酸的快速光催化降解，为快速降解水中全氟辛酸提供了技术参考，同时具有广泛的应用前景。
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1.一种三元异质结光催化材料，其特征是，其是以单层碳化钛为载体衍生的三元异质结碘氧化铋-碳化钛-二氧化钛光催化材料。
2.根据权利要求1所述的三元异质结光催化材料，其特征是，结构为片层负载花状结构。
3.一种权利要求1所述三元异质结光催化材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的三元异质结光催化材料的制备方法，其特征是，步骤a中所述铋的无机盐为Bi(NO3)3·5H2O，Bi(NO3)3·5H2O与KI的摩尔质量比为1：1。
5.根据权利要求3所述的三元异质结光催化材料的制备方法，其特征是，步骤b中，将BiOI与单层碳化钛超声处理，具体是：将单层碳化钛和BiOI加入到乙二醇中进行超声分散。
6.根据权利要求3所述的三元异质结光催化材料的制备方法，其特征是，步骤a～c中洗涤均指用乙醇和蒸馏水进行洗涤。
7.根据权利要求3所述的三元异质结光催化材料的制备方法，其特征是，步骤b和c中水热反应参数为：160℃下水热反应12h。
8.权利要求1～2所述三元异质结光催化材料以及依据权利
...【技术特征摘要】
1.一种三元异质结光催化材料，其特征是，其是以单层碳化钛为载体衍生的三元异质结碘氧化铋-碳化钛-二氧化钛光催化材料。
2.根据权利要求1所述的三元异质结光催化材料，其特征是，结构为片层负载花状结构。
3.一种权利要求1所述三元异质结光催化材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的三元异质结光催化材料的制备方法，其特征是，步骤a中所述铋的无机盐为bi(no3)3·5h2o，bi(no3)3·5h2o与ki的摩尔质量比为1：1。
5.根据权利要求3所述的三元异质结光催化材...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫宏远，李金亮，韩晔红，王明伟，曹建坤，韩丹丹，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：
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