[發明專利]一種納米片自組裝C摻雜(BiO)2CO3微球可見光催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201210150896.2
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN102671683A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 董帆;盛重義;金瑞奔;周斌
• 申請（專利權）人: 杭州曼奇環保科技有限公司
• 主分類號: B01J27/232
• 分類號: B01J27/232;B01D53/86;B01D53/56
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技術領域

本發明涉及的是一種納米片自組裝C摻雜(BiO)₂CO₃微球可見光催化劑的制備方法。

背景技術

環境污染和能源短缺是當前人類面臨的重大挑戰，利用太陽能解決全球性的環境和能源問題越來越受到國內外學者的重視。光催化可以直接利用太陽能中的可見光降解和礦化水與空氣中的各種污染物，并能將低密度的太陽光能轉化為高密度的化學能和電能，在凈化環境污染物和開發清潔能源等方面具有巨大的應用潛力。

光催化技術走向環境和能源應用的關鍵是開發出高效光催化材料。但現有光催化材料光量子轉換效率較低，光響應范圍窄，可見光利用率低，這是制約該技術發展的主要問題。解決該問題的主要途徑有：(1)以TiO₂為基材進行金屬摻雜、非金屬摻雜、半導體復合、光敏化改性、加氫處理等；(2)開發新型窄禁帶半導體材料，如復合金屬氧化物、氮氧金屬化物等；(3)開發基于等離子體效應的新興光催化材料，如Ag/AgX(X＝Cl、Br、I)和Ag/AgI/Al₂O₃等。上述三種類型的光催化材料在環境污染物降解、光解水制氫以及太陽能電池中均展現出良好的應用前景。

在對半導體類光催化劑的研究中，鉍系半導體材料具有獨特的電子結構，優良的光吸收能力和較高的光催化性能，其得到的較廣泛的研究和開發。目前，被廣泛用作光催化劑的鉍系半導體材料有(BiO)₂CO₃、Bi₂WO₆，Bi₄Ti₃O₁₂，BiOX，BiVO₄，BiFeO₃和Bi₂Ti₂O₇，在這些鉍系半導體材料中尤其是(BiO)₂CO₃的應用最為廣泛。在(BiO)₂CO₃的結構中，Bi?6s和Bi?6p軌道分別參與價帶和導帶的構成，使禁帶寬度變窄；Bi?6s和O?2p軌道雜化使得鉍系光催化劑的價帶更為分散，有利于光生空穴在價帶上的移動，從而降低光生空穴與光生電子的復合，使得鉍系光催化劑具有良好的光催化活性。

專利公開號為CN101817555A的中國專利文獻公開了一種具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料及其制備方法，該方法首先將硝酸鉍溶解在稀硝酸里面，然后將其逐滴加入過量的碳酸鈉溶液中，得到具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料，但是該方法制備的碳酸氧鉍結晶度不高，結構不穩定，光催化活性不夠理想。專利公開號為CN102275987A的中國專利文獻公開了一種納微米級板片碳酸氧鉍材料及其制備方法，首先制備尿素水溶液，然后將其與五水硝酸鉍混合，再將得到的混合溶液在壓強為3MPa以上、溫度為100℃～200℃的條件下保溫1小時～4小時，反應完成后得到納微米板片碳酸氧鉍材料，但是該方法制備的碳酸氧鉍的形態不可控，使得光催化活性較低。

現有文獻有報道的(BiO)₂CO₃未經摻雜，禁帶寬度為3.1～3.5eV，不能吸收可見光，僅在紫外光照射下才具有光催化活性，限制了(BiO)₂CO₃類鉍系光催化劑的應用。為了拓展(BiO)₂CO₃對可見光的吸收，本發明采用水熱法制備了由納米片組裝而成的C摻雜(BiO)₂CO₃分級微球。C摻雜使(BiO)₂CO₃的禁帶寬度減小，納米片狀結構(BiO)₂CO₃有利于在光催化過程中光生電荷的分離和傳輸，進而抑制電子和空穴的復合，提高了其光催化性能；由納米片自組裝得到的層狀分級結構能夠促進反應物和反應產物的擴散傳遞，并且光線在納米片之間會產生反射，進而能夠提高其對光源的利用率，進一步提高了其光催化性能。因此，本發明制備的C摻雜(BiO)₂CO₃在可見光照射下表現出增強的可見光催化活性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種納米片自組裝C摻雜(BiO)₂CO₃微球可見光催化劑的制備方法。

本發明的技術方案如下：