[发明专利]一种氧化银/碳酸氧铋复合光催化剂一锅水热制备的方法

说明书

本发明公开了一种Ag₂O/Bi₂O₂CO₃复合光催化剂一锅水热的制备方法。它是以Bi(NO₃)₃和AgNO₃作为盐源，巧妙利用Na₂CO₃既可以提供CO₃^2‑离子，又因水解产生弱碱性OH^‑的双重作用，经过60℃低温水热反应4h成功合成了Ag₂O表面修饰的Bi₂O₂CO₃光催化剂。结果表明微量Ag₂O的修饰不但可以拓宽Bi₂O₂CO₃对太阳光的吸收范围，而且半导体的光生载流子复合得到了有效抑制。在Ag₂O质量百分比为0.05‑2.0%范围内，复合材料的光催化活性均明显提高，其中Ag₂O质量百分含量为0.52%时光催化活性最佳，其降解罗丹明B的动力学常数为纯Bi₂O₂CO₃的2.7倍，且表现出良好的循环利用性。该制备方法简单可行、低能短时，预示了该复合光催化剂良好的应用前景。

技术领域

本发明属于水体污染保护技术领域，涉及工业废水的处理技术，更具体地说是一种高性能Ag₂O/Bi₂O₂CO₃复合光催化剂一锅水热制备的方法。

背景技术

随着全球经济和现代工业迅猛发展，由此带来的能源与环境问题也日益显露。由工业生产所引起的水体污染是当今社会亟待解决的问题之一。近年来，光催化技术作为一种“绿色”技术，因其能源消耗低、氧化能力强、反应条件温和等优点，倍受广大科研工作者关注，成为解决环境水污染问题的关键技术。

近几年，具有Sillén层状结构的铋系碳酸盐Bi₂O₂CO₃（BOC）因其优异的光催化性能受到广泛关注。但为了满足该催化剂的实用化要求，仍然存在两个需要解决的问题：一是其带隙较宽（约3.2 eV）,只能吸收占太阳光不足5%的紫外光，对太阳能的利用率太低；二是单一体系半导体中的光生电子-空穴复合速率快，使其光量子效率仍相对较低。因此，有效改善上述问题，进一步提高BOC的光催化活性并实现实用化，是目前该催化剂研究中需要解决的关键问题。

研究表明对BOC进行金属氧化物半导体复合，可以有效拓宽对可见光的吸收范围，并利用半导体间的带隙耦合效应促进光生载流子有效分离，从而提高其光催化活性。Ag₂O是一种窄带隙（1.2eV）半导体，在整个可见光区甚至近红外区均有光吸收。而且，根据“绝对电负性”的理论计算预测，该半导体与BOC具有匹配的带隙位置，因此研究Ag₂O对BOC的修饰，对于解决上述两大科学问题，并提高其光催化活性，具有重要的理论和实际意义。有文献报道将商业化的BOC浸渍在AgNO₃溶液中，再用300 W的氙弧灯光照可使其分解出Ag₂O，从而合成Ag₂O修饰BOC的复合光催化剂。该方法实际为两步合成，需要首先制得BOC前驱体，并且复合过程中用到了高能氙灯的辐照，操作繁琐而耗能，难于规模化生产。该文献中最佳Ag₂O的质量百分比为23%，因AgNO₃用量较大而并不经济实用。此外，根据理论知识，AgNO₃经光照后的产物通常为Ag单质而非Ag₂O。因此，有必要探索操作简单、易于规模化、经济可行的方法，对BOC光催化剂进行Ag₂O的复合。