[发明专利]一种BiOI/BiOBr多级结构复合可见光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种BiOI/BiOBr多级结构复合可见光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化材料水处理领域。 

背景技术

半世纪以来，随着环境污染和能源危机日益严重，寻求高效、无害、方便、易得、环境友好的处理水污染技术成为目前科学研究的焦点。半导体可见光催化技术因其常温反应环境和使用太阳能作为光源等独特性能而成为一种解决污染问题和能源问题的方法之一。由于传统的TiO₂量子产率低且仅通过紫外光激发使其产生电子空穴对，因此寻求高性能有效利用太阳能的可见光催化剂是光催化剂领域必然的发展趋势。卤氧化铋系列具有良好的导电、磁学、光学、荧光性能,其禁带宽度为1.7～3.2，有利于可见光电子激发，可达到良好的降解效果，成为高性能可见光催化剂的选择之一。 

提高可见光催化材料活性，关键是促使光生载流子有效分离及延迟复合，从而提高量子效率。一般采取相应措施：表面改性、元素掺杂、半导体复合等方法进行改进。其中，半导体复合的方法是由于具有不同能级的导带和价带进行复合，光照激发后，电子空穴对有效迁移，实现了加速光生载流子的分离，减少电子空穴对的复合，扩展光吸收范围，从而提高光催化活性。 

在多相催化降解有机污染物领域中，光催化材料与本身、形貌、分散性等密切相关。因此，如何在制备过程中控制材料的形貌也是该领域研究的一个重点。目前相关工作主要是通过水热法或多步合成可形成特殊形貌 半导体复合材料。因此，研究一种简单易行绿色的合成特殊形貌半导体复合材料是本领域研究目标之一。 

发明内容

本发明提供一种简单、易行、环保的BiOI/BiOBr多级结构复合可见光催化剂的制备方法，目的在于对不同能级的半导体通过简单的分步沉淀法进行有效复合，对工业污水有机物进行有效降解。本发明的BiOI/BiOBr多级结构复合可见光催化剂，由纳米微球BiOI和纳米片BiOBr组成。 

上述BiOI/BiOBr多级结构复合可见光催化剂的制备方法具体步骤如下： 

（1）制备络合剂和NaI的混合溶液：将络合剂和NaI按照1：0.1～1的摩尔比加入溶剂中，搅拌至其溶解形成透明混合溶液； 

（2）将上述混合溶液加热到30-70℃，按照NaI:Bi(NO₃)₃的摩尔比为2：1～4加入Bi(NO₃)₃水溶液，继续搅拌0.5-4小时，然后NaI:NaBr的摩尔比为2：1～4加入NaBr水溶液，再继续搅拌0.5-4小时，制得悬浮溶液； 

（3）将步骤（2）所得悬浮溶液冷却至室温并离心得到沉淀物，洗涤并干燥，得BiOI/BiOBr多级结构复合可见光催化剂。 

步骤（1）中所述溶剂由蒸馏水、乙醇和乙二醇一种或多种任意混合比组成。 

步骤（1）中所述络合剂为柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基硫酸钠中一种或几种的任意组合。 

步骤（2）的优选实施方式为：在加入Bi(NO₃)₃水溶液搅拌1小时后加NaBr水溶液，再恒温搅拌3小时。 

步骤（3）中洗涤为用蒸馏水、乙醇分别洗涤3-5次，干燥为在40-90℃温度下烘干。 

本发明的BiOI/BiOBr多级结构复合可见光催化剂用于水中有机物的吸附及光催化降解。 

本发明的关键步骤在于控制分步沉淀的步骤，也就是NaBr加入的时间，NaBr加入时间不同可以影响产品的形貌、成分含量，最终影响产品的吸附和催化性能。 

本发明一种BiOBr/BiOI复合光催化剂的制备方法与现有技术相比，具有以下的优点： 

1.本发明制备了一种BiOBr/BiOI复合光催化剂，利用具有不同能级的导带和价带有效复合，促使光生载流子有效分离及延迟复合，使其光照降解有机物的性能得到大幅度提高，为保护环境污水处理提供了新型的环保光催化材料； 

2.本发明首次应用分步沉淀法合成出特殊的结构BiOBr/BiOI复合光催化剂，其由纳米微球BiOI和纳米片BiOBr组成，粒径小，吸附性强，分散性好； 

3.本发明首次通过对分步沉淀的时间调控，形成不同的单成分摩尔含量的BiOBr/BiOI复合光催化剂； 

4.本发明原料成本低廉、合成环境温和、工艺流程简单、生成产物稳定，适宜大规模工业化生产。 

附图说明