[发明专利]一种CQDs/β‑Bi2O3复合可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及异质结光催化剂及其制备方法，特别涉及一种CQDs/β-Bi₂O₃复合可见光催化剂及制备方法。

背景技术

随着日益严重的水污染问题，半导体材料已经被广泛的用来研究光催化降解水中的污染物。而且近几十年来，铋基纳米材料受到研究学者越来越多的关注，因其导带和价带都由s和p轨道组成，以及特殊的层状结构，能够促进光生电子从价带向导带迁移，从而达到光催化降解污染物的目的。但是，由于材料受光激发后，电子和空穴的复合率较高，因此极大地限制了其应用。为了提高材料的光催化效率，研究学者通过将两种带隙结构相匹配的材料构造成复合材料，有效地提高了电子和空穴的分离率。

在2004年，研究学者通过电泳法制备单壁碳纳米管时获得碳量子点以来，因其低成本、制备简单和强荧光性等优点，碳量子点已经被广泛的用来与光催化材料复合，可以提高光生载流子的分离率，从而达到增强光催化降解污染物的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由碳量子点与半导体Bi₂O₃纳米片复合成CQDs/β-Bi₂O₃复合可见光催化剂及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的CQDs/β-Bi₂O₃复合可见光催化剂，由大小均匀的碳量子点附着在形状不规则的Bi₂O₃纳米片上构成。

本发明的制备方法如下：

1)Bi₂O₂CO₃的制备

将1～3mmol的Bi(NO₃)₃·5H₂O超声溶于5～20mL的稀硝酸溶液中充分搅拌得溶液A；

将1～2mmol的C₆H₈O₇·H₂O加入到溶液A中充分搅拌得澄清溶液B；

用微量进样器向澄清的溶液B中滴加2mol/L的NaOH溶液至溶液B的pH值为4.0～4.5；

将上述溶液B转移到聚四氟乙烯水热釜中，180℃下保持24h，带反应釜冷却后用超纯水和无水乙醇分别清洗，于80℃下烘干得到白色产物C即Bi₂O₂CO₃；

2)β-Bi₂O₃的制备

取1.0g产物C均匀铺在方舟型刚玉坩埚内，并放置于马弗炉，以5℃每分钟的升温速率自室温加热至300～500℃，并保持2h，冷却后得产物D即β-Bi₂O₃；

3)CQDs的制备

将0.5～2.0g的抗坏血酸加入到10～30ml的乙醇的水溶液中，经超声后得澄清溶液E，将溶液E转移至聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高压反应釜中，160℃下保温4h，自然降温后得褐色溶液F，用二氯甲烷在分液漏斗中对溶液F萃取并静止后，收集上层溶液用透析袋透析后得褐色粘稠状CQDs溶液；

4)CQDs/β-Bi₂O₃的制备

将产物D转移到坩埚内加入0.5ml、1ml、2ml、3ml或4ml的CQDs溶液搅拌、研磨后，用水和无水乙醇清洗，于60℃下恒温干燥得到CQDs/β-Bi₂O₃复合可见光催化剂。

所述的乙醇的水溶液为乙醇与水按1:1的体积比的混合溶液。

本发明的CQDs/β-Bi₂O₃光催化剂是将碳量子点与Bi₂O₃纳米片在水溶液中进行搅拌研磨，然后烘干，通过退火使得碳量子点均匀附着在Bi₂O₃纳米片表面上，从而形成复合材料，最终使光催化反应进行时实现电子-空穴的有效分离。