[发明专利]卤氧铋/二氧化钛复合光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明一种新型光催化材料的制备方法，其具有半导体异质结构，属于光催化技术，可应用在大气治理和水污染处理等领域。

背景技术

随着现代社会的飞速发展和科技工业的日益壮大，文明进步的同时，能源短缺和环境污染问题逐步显现出来，甚至已经成为了人类发展的最大障碍。光催化技术在这个背景下应运而生。其价格低廉、适用性广，得到业界的广泛关注。但是以TiO₂为代表的传统光催化材料，光量子效率和光能利用率普遍偏低，这是制约其产业化应用的最大瓶颈。

TiO₂虽然在实际应用中显现出了极大的弊端，但其具有极强的化学稳定性和兼容性以及Ti-O键的独特性质，为其进一步改性创造了条件。Martra等(Martra G.，Applied.Catalysis A，2000，200(2)：275-283.)将贵金属如Au、Ag、Pt、Ru等沉积在催化剂表面，产生表面等离子体共振效应，可以增强TiO₂对可见光的吸收能力，实现可见光激发。Xie等(Xie Y B.，Environ.Sci.Technol.，1995，29：841-843.)利用高温焙烧的方式将金属离子嵌入到TiO₂晶格之中，显著提升了催化材料的物理性质和催化能力。这两种改性方法从电子转移的角度入手，降低载流子复合率，可有效提升TiO₂的光催化活性。除此之外，通过表面修饰的方法也能够得到具有可见光响应的高活性催化材料，例如赵进才等(Wu T.，Zhao J.，et al.，New J.Chem.，2000，24：93-98.)制备的染料光敏化材料和付贤智等人(付贤智等，催化学报，1999，20(3)：321-324)的硫酸酸化TiO₂分别在液相和气相反应中表现出了较强的降解性能。然而以上改性方法会或多或少地引入一些新的问题，如稳定性下降、成本激增、制备复杂等等。正因如此，半导体异质结光催化材料以其显著的促进效果、优异的稳定性及简单易用的制备方法，得到业界的广泛关注。

发明内容

本发明的目的在于针对传统TiO₂催化性能的不足，基于半导体异质结原理，选择与TiO₂能带匹配的BiOX类半导体，提供一种新型复合钛基光催化剂的制备方法和应用，解决现有光催化材料性能低、易失活的缺陷。

本发明的光催化剂是一种基于半导体异质结的卤氧铋/二氧化钛复合光催化材料，本发明是通过如下技术方案实施的：

本发明先采用水热法制备BiOX纳米半导体材料，并通过调节水溶剂的pH值，改善其结晶度和吸光特性。随后利用溶胶凝胶法将其按照一定比例与TiO₂复合，热处理后得到BiOX/TiO₂复合材料。具体步骤为：该方法操作步骤如下：首先采用水热法制备纳米卤氧铋材料，将Bi(NO₃)₃·5H₂O和卤化钠等比例混合，加入60ml去离子水，剧烈搅拌10min，用NaOH调节pH(氯氧铋调pH为6-8，溴氧铋pH为12-14，碘氧铋pH为12-14)，随后充分搅拌，将混合液转移至100ml高压反应釜中，140-180℃保持24h，取沉淀，过滤、水洗、醇洗，50℃烘干，即得到纳米卤氧铋；再利用溶胶凝胶法实现卤氧铋与二氧化钛的复合，即按质量比1-3％将卤氧铋分别加入到钛胶中，超声5min，剧烈搅拌24h，微波烘干，得到的材料在400-500℃热处理3h，即制得卤氧铋/二氧化钛复合材料。其最优参数如下表所示。