[发明专利]一种稀土元素掺杂的BiOBr纳米复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明属于光催化材料领域，旨在提供一种稀土元素掺杂的BiOBr纳米复合材料的制备方法，以硝酸铋为铋源，溴化钾为溴源，通过加入不同比例的稀土硝酸盐溶液，经过水热反应后得到稀土元素掺杂的BiOBr。将掺杂稀土元素的BiOBr加入含有WS₂量子点的乙醇溶液中，室温下搅拌24小时并离心分离，干燥后获得了稀土元素掺杂的BiOBr/WS₂量子点纳米复合材料。本发明制备的稀土元素掺杂的BiOBr纳米复合材料结构性质稳定，光催化活性得到较为显著的提升。本发明的合成方法简单易行，环境友好，合成出的纳米复合材料稳定性高、性能优异，可广泛用于催化废水中有机污染物的去除、重金属离子还原等领域。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，涉及一种稀土元素掺杂的BiOBr纳米复合材料的制备方法及应用。

背景技术

作为一种典型的过渡金属硫化物，二硫化钨(WS₂)因其高的光学吸收系数，强的自旋轨道耦合和大的激子结合能等优异的性质而受到广泛关注。二硫化钨量子点(WS₂ QDs)作为一种新兴的材料，受到人们越来越多的关注。和WS₂纳米片相比，由于量子限域效应，WS₂QDs具有更独特并且突出的性质，因此，它被应用于生物检测，催化和生物医学等领域。

众所周知，将不同物理和化学特性的材料进行设计和复合，使材料在保持原来特性的基础上，通过“协同效应”更大地发挥材料的优势，得到单一材料得不到的新性质和新功能，从而能实现活性的提高和光谱的拓展。由于稀土具有复杂的能级结构和特殊的性质，通过掺杂稀土可以使催化剂的吸收边红移。适量的稀土掺杂可以引起晶格膨胀，作为光生电子的捕获中心，或抑制晶粒的生长，有利于光生电子空穴对的分离，改善催化剂的光催化活性。专利CN109081373B公开了一种固相剥离制备高分散稀土离子掺杂氯氧化铋二维纳米片的方法。该技术首先将金胶体粒子负载到预先合成的二氧化硅表面，通过在利用固相合成法制备B₃O₄Cl二维半导体材料中，加入稀土离子和Li⁺离子作为共同固相剥离剂得到高分散稀土离子掺杂氯氧化铋二维纳米片，可作为光催化材料、传感器材料等。专利CN109294553B公开了一种二氧化钛掺杂稀土络合物复合材料的制备方法。该技术将稀土元素通过稀土络合物的形式掺杂到中空介孔的二氧化钛中，中空介孔二氧化钛尺寸分布均匀，比表面积大，负载的稀土络合物更多，在稀土络合物的作用下，提高了能量传递的效率，从而大大提高了复合材料的荧光强度和荧光效率。

本专利以3D BiOBr为模型，拟从一个全新的思路，通过掺杂稀土元素和构建异质结来制备BiOBr纳米复合材料，本发明的制备方法工艺简单，易于实现稀土元素的均匀掺杂，能够通过掺杂稀土元素和构建异质结的合成策略从而提高BiOBr的光催化性能，目前还没有关于稀土掺杂BiOBr并与WS₂量子点构建异质结的制备及应用的相关报道，可以为光催化剂的能带调控方面提供新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法制备稀土元素掺杂的BiOBr/WS₂量子点纳米复合材料及应用在光催化降解有机染料上，旨在从提高太阳光吸收率和提高光生载流子分离效率两个方面，在稀土元素掺杂改性处理后的BiOBr上再复合WS₂量子点，探索和制备具有高太阳光利用率和高活性的新型光催化材料。通过稀土元素掺杂和构建异质结调控半导体的能带结构，相对于单独的BiOBr和单组分改性BiOBr，本发明制备的光催化剂具有更高的太阳光利用率，光生载流子迁移更快，因此光催化活性更高。

本发明目的是这样实现的：一种稀土元素掺杂的BiOBr纳米复合材料的制备方法，其关键在于，先将一定量硝酸铋加入到烧杯中，并加入乙二醇，室温下搅拌均匀；然后按照摩尔比为：硝酸铋：溴化钾＝1:1加入溴化钾，同时按稀土离子质量分数为1wt％～5wt％加入稀土硝酸盐并继续搅拌30分钟，所得反应液转移至反应釜中，140℃充分反应，所得产品分离、洗涤和干燥，得到稀土元素掺杂的BiOBr催化剂。