[发明专利]一种含氧空位的二氧化钼/铋光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及催化材料技术领域，提供了一种含氧空位的二氧化钼/铋光催化剂及其制备方法和应用，先制备MoO₂/钼网复合材料，在MoO₂/钼网上生成Bi⁰，再采用还原剂对MoO₂/Bi/钼网进行处理，还原剂不仅使Bi⁰充分暴露在催化剂表面，同时引入了氧空位，能够防止Bi⁰金属纳米颗粒表面形成氧化层导致其光催化活性降低，进而能够明显提升光催化活性；在保护气氛下进行氧化还原反应能够排除溶液中的O₂，还原剂与Mo⁴⁺反应生成Mo³⁺,使得与O的配位发生改变造成部分O发生逃逸进而形成OVs。实施例测试结果表明，本发明制备的含氧空位的二氧化钼/铋在2h内对甲苯的降解率达到了98％以上，具有优异的光催化性能。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，尤其涉及一种含氧空位的二氧化钼/铋光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于133.32Pa、常压下沸点在50～260℃以下的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。VOCs会引起温室效应，光化学烟雾和平流层臭氧消耗，严重威胁环境和人类的健康。其中甲苯是工业生产车间及城市大气污染中常见的VOCs，对大气环境和人类的健康产生了严重的影响。目前，通常采用室内通风或空气净化器来降低甲苯浓度。但是室内通风需要很长的时间；大多数的空气净化器是使用活性炭等吸附材料，但是需要定期清洗和更换吸附材料，容易造成二次污染。而光催化降解技术具有效率高、能耗低、易操作和无二次污染等优势，被认为是降解持久性有机污染物最有前途的有效处理方式之一。

钼是一种活泼的过渡族金属，其和氧形成的MoO₂属于单斜晶系，结构和VO₂类似。由于MoO₂的独特结构使得MoO₂具有优良的电化学性能。近年来，各种MoO₂及其复合纳米结构被合成，并在锂离子电池、超级电容器、场发射器件和催化剂等领域展现出重要的潜在应用价值。但单一的MoO₂由于其较宽的带隙在光催化领域目前应用较少。近年来，利用金(Au)、银(Ag)和铜(Cu)等纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)效应成功地增强了半导体在可见光照射下的光催化性能。金属铋(Bi⁰)作为一种直接等离子体光催化剂，由于其电子有效质量小、平均自由程大、体积电荷载流子密度低而具有独特的电子性能，表现出稳定的等离子体光催化活性。但合成的Bi⁰金属纳米颗粒容易在表面形成约7nm厚的Bi₂O₃层，可能会影响其光催化活性，导致催化剂的光催化活性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氧空位的二氧化钼/铋光催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法得到的含氧空位的二氧化钼/铋光催化剂的光催化活性高且易回收，能够作为光催化剂应用于光催化降解甲苯。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含氧空位的二氧化钼/铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将H₂₄Mo₇N₆O₂₄、水、盐酸和钼网混合，进行第一水热反应，得到MoO₂/钼网复合材料；

(2)将所述步骤(1)得到的MoO₂/钼网复合材料与Bi(NO₃)₃溶液混合，进行第二水热反应，得到MoO₂/Bi/钼网复合材料；

(3)将所述步骤(2)得到的MoO₂/Bi/钼网复合材料与还原剂混合，进行氧化还原反应，得到含氧空位的二氧化钼/铋光催化剂，所述氧化还原反应在氮气下进行。