[发明专利]一种Ce掺杂的BiOBr纳米光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种将Ce元素掺杂入BiOBr制备高效纳米可见光光催化剂及其制备方法和应用，以五水合硝酸铋（Bi(NO₃)₃·5H₂O）、溴化钠（NaBr）、六水合硝酸铈（Ce(NO₃)₃·6H₂O）为原料，采用一步水热法制备得到。包括如下步骤：（1）将Bi(NO₃)₃·5H₂O与Ce(NO₃)₃·6H₂O溶于乙二醇中，超声至溶解；（2）将NaBr溶于超纯水中，搅拌至溶解；（3）将步骤（1）和（2）中的溶液混合，之后在无光照情况下，搅拌5 min。搅拌完成后移至50 mL水热釜中，在烘箱中保持恒温160℃反应12 h，得到Ce掺杂BiOBr（Ce‑BiOBr）光催化剂。本发明得到的光催化剂在可见光（≥420 nm）的照射下对于双酚A和抗生素（盐酸四环素）具有较高的光催化降解性能，在180min的可见光照射下对双酚A的降解率约90%，在60 min内对抗生素（盐酸四环素）的降解率为90%以上。

技术领域

本发明涉及一种Ce掺杂BiOBr纳米可见光驱动型光催化剂及其制备和应用，属于纳米材料技术领域。催化目标物为双酚A和盐酸四环素，属于难降解污染物，在可见光下无染料敏化作用。

背景技术

卤氧化铋（BiOX）是一类具有特殊层状结构的半导体材料，[Bi₂O₂]²⁺层与[X₂]^2-层交替排列。其中，[X₂]^2-层靠范德华力结合，可以在一定程度上对晶体结构进行调整，从而实现多种修饰和改性。更重要的是，由于不同原子之间电负性的差异，[Bi₂O₂]²⁺层与[X₂]^2-层之间产生了垂直于各原子层的强烈静电场，在电场的诱导下光生电子与空穴能够有效分离，故BiOX在载流子分离方面具有得天独厚的优势，是理想的光催化材料。BiOX中，BiOCl的带隙宽度为3.2～3.4eV，只能吸收紫外光；BiOI的带隙宽度较窄（约1.7eV），但光生空穴氧化能力较差；而BiOBr带隙宽度适中（约2.8eV），具有相对高的可见光催化活性和稳定，适合用于可见光催化降解有机污染物，然而BiOBr在光催化降解有机物污染物存在的可见光利用率低的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种Ce-BiOBr纳米光催化剂及其制备和对于新兴污染物降解的应用，通过掺杂Ce元素，调整BiOBr的能带结构，增大可吸收的光的波长范围，提高对可见光的利用率，降低材料阻抗，提高载流子的运输效率，解决了上述BiOBr在光催化降解有机物污染物存在的可见光利用率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：提供一种Ce掺杂的BiOBr光催化剂，所述Ce掺杂BiOBr光催化剂由片状的BiOBr和Ce离子组成，为一种Ce离子均匀分散在BiOBr晶胞内部的纳米片状材料。

优选的，所述Ce在Ce掺杂BiOBr光催化剂中的质量分数为0.17~0.5%。

优选的，所述催化剂为二维纳米片状光催化剂，其尺寸为D=200 nm，厚度为30～40nm。

所述Ce掺杂BiOBr光催化剂的制备方法步骤如下所示：

1）取定量的Bi(NO₃)₃·5H₂O和Ce(NO₃)₃·6H₂O溶于乙二醇中，超声处理至完全溶解，得到溶液①；

2）取NaBr溶于超纯水中，搅拌至溶解，得到溶液②；

3）将溶液①和溶液②混合，之后在无光照情况下，搅拌均匀；