[发明专利]一种四氧化三钴掺杂碳酸氧铋催化剂的制备方法

说明书

本发明提供一种四氧化三钴掺杂碳酸氧铋催化剂的制备方法，包括以下步骤：以硝酸铋和碳酸钠为原料，硝酸溶液为溶剂，CTAB为表面活性剂，制备纯相Bi₂O₂CO₃，并溶解在乙醇中，加入醋酸钴后用氨水调节PH，洗涤后得到最后得到沉淀，经过洗涤烘干即得四氧化三钴掺杂碳酸氧铋催化剂。本发明制得的四氧化三钴掺杂碳酸氧铋催化剂，不仅扩展了碳酸氧铋在实际生产中的应用，而且与其他碳酸氧铋催化剂相比，也克服了激发电子‑空穴对的迁移距离长和快速复合率、量子效率低、降低太阳能的利用率、限制其在光降解中的应用等缺点，其中掺杂0.6％四氧化三钴的碳酸氧铋降解效果是纯相碳酸氧铋的1.5倍。

技术领域

本发明涉及光催化材料领域，更具体地说，涉及一种四氧化三钴掺杂碳酸氧铋催化剂的制备方法。

背景技术

当前工业化和人口的快速增长导致了全球能源短缺和环境污染。为了人类社会的可持续发展，环境修复和替代清洁能源供应的无污染技术的发展引起了相当大的关注。

在各种绿色地球和可再生能源项目中，光驱动光催化剂已成为最有前景的技术之一。利用半导体金属氧化物作为光催化剂，直接利用太阳光分解水产生氢气和氧气，被称为“21世纪梦的技术”。但是半导体金属氧化物作为光催化剂进行光催化氧化水产氧过程中需更多电子，在动力学上比只需要2个电子的水还原产氢过程更加困难。与光催化氧化水产氢气过程相比，目前关于光催化析氧反应的研究远未引起人们的重视。

然而，光催化产氧是构建半导体全劈裂水制氢气和氧气的必要步骤之一。因此，寻求新型、高效的光催化氧化水制氧半导体材料有利于促进利用太阳能高效制氢技术的发展。理论上，半导体禁带宽度大于1.23eV就能进行光解水，由于过电位的存在，把能量损失考虑进去，最适合的禁带宽度为2.0～2.2eV。而Co₃O₄凭借着其2.1eV的窄带宽成为最合适的选择，所以发明一种四氧化三钴掺杂碳酸氧铋催化剂的制备方法是光解水制氧当务之急。

发明内容

本发明提供了一种四氧化三钴掺杂碳酸氧铋催化剂的制备方法，以解决当前缺少新型、高效的光催化氧化水制氧的半导体材料问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

S1、将4.7～5g硝酸铋溶于8～12mL浓度为0.8～1mol/L的HNO₃溶液中，室温下搅拌25～35min；

S2、将0.8～1.2g的CTAB和8.3～8.6g无水碳酸钠溶于80～100mL的去离子水中，室温下搅拌25～35min；

S3、将步骤S1中配置的溶液滴入步骤S2中配置的溶液，室温下搅拌25～35min，得到混合液；

S4、将步骤S3得到的所述混合液分别依次用乙醇和去离子水洗涤2～4次，将洗涤后剩下的沉淀在55～65℃下干燥3～5h，得到纯相Bi₂O₂CO₃；

S5、取步骤S4中得到的所述纯相Bi₂O₂CO₃，加入15～25mL的无水乙醇中，搅拌60～70min，再加入醋酸钴继续搅拌20～40min，得到悬浮液，用氨水调节所述悬浮液的PH值至10-11,密封并在140～150℃下烘干2～4h，然后冷却至室温；

S6、通过离心将步骤S5中所得产物用乙醇和去离子水洗涤2～4次，在55～65℃下干燥7～9h，所得产物即是Co₃O₄掺杂Bi₂O₂CO₃催化剂。

其中，步骤S3中所述滴入的速度为1～2滴/s。