[发明专利]一种铋系光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化剂技术领域，特别涉及一种铋系光催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的铋系光催化剂，化学组成上包括钼酸铋和十六烷基三甲基溴化铵，所述钼酸铋为片层状，通过分子间作用力连接形成绣球状结构；所述十六烷基三甲基溴化铵通过溴离子吸附在片层状钼酸铋的表面；所述铋系光催化剂具有孔隙。本发明提供的催化剂具有优异的催化性能，在光催化还原二氧化碳反应中，反应4h后，甲醇的生成量可达到30.4～106.5μmol gcatal.^‑1，乙醇的生成量可达到8.7～45.4μmol gcatal.^‑1。

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种铋系光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，超薄的二维层状半导体材料在光催化剂领域引起了广泛关注，如：g-C₃N₄，过渡金属二硫化物等，主要原因是超薄的二维层状材料，有利于光生载流子从材料内部迁移到材料表面，可以大大减小电子空穴对的复合率，改善光催化活性。另外，研究表明，费米能级附近的光生载流子的空间分布主要集中在材料的表面，这就意味着有活性光生电子空穴对主要来源于材料的表面。将半导体催化剂制备成超薄层状的材料可以大大增加比表面积，从而增加活性的光生载流子在材料表面的数目。因此，将不同的半导体催化剂制备成单层或者较薄的二维层状材料是改善其光催化性能的有效方式。

近年来铋系化合物由于其禁带宽度较窄，符合在可见光区域的响应条件、稳定、无毒等优势而引起广大研究者的兴趣。将铋系多元氧化物制备成超薄层状纳米片是改善其光催化性能的有效途径之一，因此在近几年的研究中，报道出了多种单层Bi系多元氧化物在光催化领域的应用。目前制备的单层铋系多元氧化物具有较好的催化活性，但用于光催化二氧化碳还原反应时，其催化效果仍不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铋系光催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的材料由片状钼酸铋通过分子间作用力连接成3D绣球状，增加了材料的比表面积，提高了材料作为催化剂的催化活性，进而提高二氧化碳光催化还原反应的转化率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种铋系光催化剂，化学组成上包括钼酸铋和十六烷基三甲基溴化铵，所述钼酸铋为片层状，通过分子间作用力连接形成绣球状结构；

所述十六烷基三甲基溴化铵通过溴离子吸附在片层状钼酸铋的表面；

所述铋系光催化剂具有孔隙。

优选的，所述孔隙的容积＞0.14cm³·g^-1；所述铋系光催化剂的比表面积＞41m²·g^-1；所述铋系光催化剂的平均直径为3～4μm。

本发明提供了上述技术方案所述铋系光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

提供包括铋源、钼源、十六烷基三甲基溴化铵和乙二醇的反应料液；

对所述反应料液进行加热，经自组装得到铋系光催化剂。

优选的，所述反应料液中，铋源中铋离子与钼源中钼酸根离子的摩尔比为2:1。

优选的，所述反应料液中，十六烷基三甲基溴化铵与铋源的摩尔比为1.8～2.5:5。

优选的，所述反应料液按照如下方式提供：

将铋源醇溶液与十六烷基三甲基溴化铵醇溶液混合，然后再与钼源醇溶液混合。

优选的，所述铋源醇溶液中，铋离子的浓度为0.045～0.055mmol/mL；

所述钼源醇溶液中，钼酸根离子的浓度为0.020～0.030mmol/mL。