[发明专利]氧缺陷态修饰铁电化合物Z型异质结光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及氧缺陷态修饰铁电化合物Z型异质结光催化材料及其制备方法和应用，属于光催化技术领域。本发明利用钨酸铋和氮化碳复合构建异质结的同时引入氧缺陷态的方法，在异质结界面形成大量电子施主态集中的非晶层，稳定异质结的形成。氧空位的引入，一方面在铁电材料内部引入施主能级来增强对可见光的利用效率，另一方面铁电材料纳米粒子表面形成的氧空位非晶层更利于异质结之间的电荷传输，从而稳定Z型异质结的结构，以此来实现可见光催化高效降解污染物的作用。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，尤其是涉及一种氧缺陷态修饰铁电化合物Z型异质结光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，环境污染已经成为一个全球性的问题，并受到越来越多的关注。半导体光催化技术作为一种先进的氧化方法，可以利用紫外光或可见光形成各种活性氧化物(ROS)，用于氧化还原降解有机污染物，被认为是解决环境污染的“绿色”理想技术。、

光催化剂作为光催化技术的核心，是实现高效光催化降解有机物的关键。但传统金属氧化物半导体，例如TiO₂，ZnO等存在光转换效率低下，载流子易复合等缺点。而铁电半导体由于其内部的自发极化而建立的本征内建电场可以有效降低电子和空穴的复合率，同时铁电材料的较大的光生伏特电压也可以有效的增强光电转换效率。身为介电材料的一种，铁电材料都面临着禁带宽度(2.7eV)较大的问题，这导致以钨酸铋(Bi₂WO₆)为首的传统铁电材料只能将紫外光作为电子激发的能量来源。为了提高对太阳能全波段的利用效率，对铁电材料禁带中引入浅施主能级，降低电子跃迁的能量势垒，拓展其光吸收范围和抑制光生电荷的分离成为主要的研发方向。

通过引入杂质能级来调节带隙的策略普遍采用的有两种：一个是在基体固溶体中引入多电子元素，形成离子取代，但在传统氧化物中该方法可能会改变主体化合物的结构和性能；调节禁带宽度的另一个有效的方法是原位引入氧空位(OV)，形成大量的电子给体，在能带中显示为浅施主能级，从而增强铁电材料在可见光及红外波段的太阳光能量吸收。同时通过构建异质结可以更好的提高光电转换效率，增强载流子的分离。目前广泛认同能够实现光激发条件下电子空穴的有效界面转移和空间分离的异质结技术主要有Z型异质结。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术合成的铁电光催化材料的禁带宽度较宽、光生电子空穴易复合，可见光利用效率低等问题，而提供一种氧缺陷态修饰铁电化合物异质结光催化材料及其制备方法和应用。

本发明采用了水热溶剂热法和金属还原热法成功制备了缺氧态钨酸铋与石墨相氮化碳(Bi₂WO_6-x/g-C₃N₄)复合材料，可用于可见光下高效降解污染物。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种氧缺陷态修饰铁电化合物异质结光催化材料，为氧缺陷态钨酸铋与石墨相氮化碳组成的Bi₂WO_6-x/g-C₃N₄复合Z型异质结光催化材料，石墨相氮化碳表示为g-C₃N₄，氧缺陷态钨酸铋表示为Bi₂WO_6-x，其中0≤x＜6，

是以g-C₃N₄作为载体，g-C₃N₄具有二维纳米片状结构，氧空位引入氧缺陷态钨酸铋作为光催化活性组分，Bi₂WO_6-x具有棒状纳米结构，Bi₂WO_6-x均匀分散于载体表面，g-C₃N₄与Bi₂WO_6-x的质量比为0.3：0.1～0.5。