[发明专利]一种生物表面活性剂诱导铋基光催化材料自组装的方法及应用

说明书

本发明公开了一种生物表面活性剂诱导铋基光催化材料自组装方法及应用，其中，所述方法包括以下步骤：将皂角粉通过超声分散在铋基前驱体溶液中，充分搅拌后进行水热反应；所述铋基前驱体溶液的溶质为A盐和铋盐；所述A盐包括卤盐、钨酸盐、钼酸盐、偏钒酸盐中的一种。本发明首次提出将皂角粉作为生物表面化性剂来诱导铋基光催化材料的自组装，其中，皂角粉中的活性基团附着在铋基光催化材料表面，不仅可以诱导铋基光催化材料自组装为独特的花球结构，而且还可以作为活化剂降低铋基光催化材料与水之间的界面力，进而增加铋基光催化材料表面吸附位点，协同增强铋基光催化材料的光催化活性。

技术领域

本发明涉及功能纳米材料技术领域。更具体地，涉及一种生物表面活性剂诱导铋基光催化材料自组装的方法及应用。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)一直被认为是一种很有前景并且可以替代氢能的清洁能源，可用于单室电池发电等诸多领域。特别的是，H₂O₂作为能量的载体，其自身的能量密度与压缩的H₂相当，但是H₂O₂具有比H₂更安全的储存方式和更方便的运输方式。同时，H₂O₂也是一种具有多重功能的清洁氧化剂，其应用在各种化工业和环境治理领域，包括纸浆的制造和漂白，电子行业，消毒工业以及水处理工业等。目前，生产H₂O₂最常用的商业方法是蒽醌法。蒽醌法是用贵金属催化材料将H₂和O₂直接转化成H₂O₂的方法，然而，由于蒽醌法的生产成本较高，工业过程不仅复杂且会产生大量的有毒副产物，因此限制了其广泛应用。此外，用贵金属催化材料催化H₂和O₂的过程也存在潜在的爆炸危险和高能耗问题。因此，寻找一种高效、廉价的H₂O₂生产方法是至关重要的。

半导体催化材料光催化生产H₂O₂被认为是一种十分有前景的路线。理论上，地球上丰富的水和氧气可以通过半导体光催化产生H₂O₂，其过程为：首先光生价带空穴(VB h⁺)氧化水，产生O₂，之后导带电子(CB e^-)促进O₂的双电子还原，从而产生H₂O₂。因此，光催化产H₂O₂是一种人工光合作用的新的候选方案。然而，这些氧化还原反应都具有正的吉布斯自由能变化，在热力学原理上并不利于H₂O₂的产生。并且，O₂的单电子还原通常作为主导反应发生，形成超氧自由基，从而抑制O₂的双电子还原形成H₂O₂。此外，催化材料可能在产生H₂O₂后，通过歧化反应或VBh⁺氧化，在半导体表面分解H₂O₂导致产量降低。因此，寻找和开发制造成本低、光催化性能好、可以循环使用的光催化材料产H₂O₂仍然是光催化研究领域的重要方向之一。为此，选择的光催化材料：①必须具备较强的光催化能力；②对O₂选择性高，促进O₂还原，阻碍H₂O₂分解；③具有良好的稳定性；④使用量要低且效率高，绿色环保，无毒性。