[发明专利]2D/2D结构的钒酸铋/溴铅铯光催化材料及其应用

说明书

一种2D/2D结构的钒酸铋/溴铅铯光催化材料，属于纳米复合材料领域。所述光催化材料为二维钒酸铋纳米片和二维溴铅铯纳米片形成的异质结构；其中，所述二维钒酸铋纳米片为四角带锯齿状结构的正方形，边长为600～1000nm，厚度为50～60nm；所述二维溴铅铯纳米片为矩形，长为200～1300nm，宽为180～1200nm，厚度为35～45nm；所述溴铅铯和钒酸铋的质量比为(3.2～9.5)：1。本发明钒酸铋/溴铅铯光催化材料应用于光催化二氧化碳还原中时，在可见光的照射下，其CO生成速率高达16.9μmol g^‑1h^‑1，对CO还原产物的选择性超过94％，在光催化二氧化碳还原领域具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，特别涉及一种具有2D/2D结构的钒酸铋/溴铅铯光催化材料及其在光催化CO₂还原中的应用。

背景技术

光催化二氧化碳还原以获取甲烷(CH₄)和一氧化碳(CO)是实现太阳能到燃料转化的一种十分有前景的途径。然而，由于多电子反应的特征，二氧化碳还原的产物具有较大的复杂性，既有多种气相产物如CH₄和CO，又有多种液相产物如甲酸(HCOOH)、甲醇(CH₃OH)等。因此，光催化二氧化碳的材料除了要满足高催化活性外，还需具有高目标产物选择性。近年来，钙钛矿材料发展迅猛，其中，全无机铅溴钙钛矿材料具有带隙窄、宽色域、光致发光量子产率高、载流子迁移率高以及化学稳定性高等特点，在光电领域如发光器件中有着广泛的应用。同时由于以上特点，溴铅铯钙钛矿材料也逐渐扩展应用于光催化领域。然而，溴铅铯钙钛矿材料单独作为光催化材料仍会受制于其体相较高的光生电子空穴复合率且对CO具有较低的选择性，因此，通过结构设计或与具有合适带隙及能带位置的半导体构筑异质结构显得尤为重要。

材料的构效关系即结构与性能之间的关系，是科研工作者孜孜求索的课题。材料的结构很大程度上影响着材料的性能。例如，二维(2D)纳米材料相比于块体材料具有更大的比表面积、更多暴露的活性位点以及更高的光捕获效率等优点。然而，关于二维纳米片状结构的溴铅铯材料鲜有报道，二维的溴铅铯材料在光催化领域的应用仍有待深入开发。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种2D/2D结构的钒酸铋/溴铅铯光催化材料及其应用，该光催化材料应用于光催化CO₂还原中，具有较高的CO选择性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种2D/2D结构的钒酸铋/溴铅铯光催化材料，其特征在于，所述光催化材料为二维钒酸铋纳米片和二维溴铅铯纳米片形成的异质结构；其中，所述二维钒酸铋纳米片为四角带锯齿状结构的正方形，边长为600～1000nm，厚度为50～60nm；所述二维溴铅铯纳米片为矩形，长为200～1300nm，宽为180～1200nm，厚度为35～45nm；所述溴铅铯和钒酸铋的质量比为(3.2～9.5)：1。该2D/2D结构可以形成稳固的异质界面，且由于纳米片的尺寸差异，其异质界面的大小具有多样性。

一种2D/2D结构的钒酸铋/溴铅铯光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、制备二维钒酸铋纳米片：

1.1将五水合硝酸铋分散于油胺、油酸和十八烯的混合溶剂中，搅拌均匀，得到混合液A；其中，混合溶剂中，油胺、油酸和十八烯的体积比为1：1：10，混合液A中五水合硝酸铋的质量浓度为20g/L；

1.2将混合液A在150℃下加热至透明状，然后自然降温至100℃，滴加含偏钒酸铵的硝酸溶液，搅拌反应40min，得到二维钒酸铋纳米片；其中，含偏钒酸铵的硝酸溶液是以偏钒酸铵作为溶质、浓硝酸和去离子水的混合液作为溶剂配制得到的，含偏钒酸铵的硝酸溶液中偏钒酸铵的质量浓度为9.7g/L，所述浓硝酸、去离子水和步骤1.1所述油胺的体积比为2:10:1；

步骤2、碳酸铯的油酸前驱体溶液的制备：