[发明专利]一种硫化镉/碘氧化铋异质结光催化剂的制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于半导体光催化领域，涉及一种硫化镉/碘氧化铋异质结光催化剂的制备方法及其用途。

背景技术

半导体光催化技术就是利用半导体在紫外光或可见光的照射下，将空气与水环境中的污染物降解，最终生成二氧化碳、水以及其他无害的无机离子，该技术具有工艺简单、操作简便、降解彻底和无二次污染等特点，在污水处理、空气净化、解决能源危机等方面有着广阔的应用前景。由于TiO₂具有光催化活性好、耐光腐蚀能力强、本身稳定程度高、价格相对低及对人体无毒性等优点，成为目前最具前景的半导体光催化剂。然而，TiO₂能带带隙较宽(约为3.2 eV)，需要能量较高的紫外光（λ< 380nm）才能使其价带中的电子受激，表现出光催化活性。加之自然界中紫外线辐射只占太阳光总强度的5%左右，使得TiO₂对太阳光的利用率较低，极大程度上限制了其在光催化领域的应用范围。为了提高TiO₂的光催化活性，更多的研究是对 TiO₂通过掺杂、复合等方式进行改性，但是经过多年的努力，TiO₂低的量子效率始终是难以解决的问题。因此，开发新型半导体光催化剂成为了一个重要的发展趋势。

卤氧化铋BiOX（X=Cl、Br、I）因其独特的层状结构、适合的禁带宽度和高的稳定性，成为半导体光催化剂研究的一个新方向。其中，BiOI因禁带宽度较窄（1.63-1.94 eV），对可见光有良好的响应而受到广泛关注。BiOI层状结构之间大的空间能够极化相关的原子和轨道，从而产生偶极子，有效地分离光生电子-空穴对，产生的光生电子和空穴分别与O₂和H₂O反应产生有氧化活性的自由基，如•O₂⁻和•OH等，这些自由基可以与光催化剂表明吸附的污染物发生反应，使其降解。因此，BiOI作为半导体光催化剂将在水污染处理中显示出广阔的应用前景。

尽管BiOI在可见光区有较强的光吸收，但在可见光照射下的光催化活性较差。这是因为BiOI的禁带宽度较小，容易使光生电子和空穴再结合，不利于光生电子和空穴的有效分离，表现出较差的光催化活性。因此，寻找可以有效抑制BiOI光生电子-空穴对复合的方法成为一个重要的发展趋势。

复合半导体一般是利用两种不同半导体的相互作用提高所合成催化剂的光催化活性。在复合半导体中形成异质结有助于光生电子-空穴对的分离，还可以拓展半导体材料的光响应范围，从而提高复合半导体光催化剂的光催化活性。研究发现，以BiOI为基础合成异质结材料是一种提高光催化活性的有效方法。具体示例如下：

1. Yanfang Liu 等 (Yanfang Liu, Wenqing Yao, Di Liu, et al., Applied Catalysis B: Environmental, 2015, 163: 547-553) 先用溶剂热法合成BiOI，再以磷酸二氢钠为原料，用水热法在180℃下反应24小时得到BiPO₄/BiOI异质结。所合成的异质结对苯酚的去除率是纯相BiOI的4倍。但合成异质结过程中所用的水热法反应时间长，增大了合成成本。