[發(fā)明專利]一種氧空位自摻雜BiOI可見光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710046458.4
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106890653A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張帆;王利平;肖梅;杜爾登;彭明國
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: B01J27/08
• 分類號: B01J27/08;B01J37/18;C02F1/30;C02F1/50;C02F1/28;C02F101/30
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技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于無機(jī)材料合成和光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧空位自摻雜BiOI可見光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著湖泊富營養(yǎng)化的加劇，藍(lán)藻水華頻繁發(fā)生，藍(lán)藻水華暴發(fā)時(shí)，藻類會(huì)產(chǎn)生一種具有明顯的肝細(xì)胞毒性的次級代謝產(chǎn)物—藻毒素，直接威脅著水生動(dòng)物和人類健康。微囊藻毒素為一組含有特殊的氨基酸的環(huán)狀七肽物質(zhì)，是迄今已發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的肝腫瘤促進(jìn)劑，其環(huán)狀結(jié)構(gòu)決定了其在很大的pH范圍和溫度范圍內(nèi)都很穩(wěn)定。

近年來國內(nèi)外學(xué)者在降解微囊藻毒素方面開展了大量的研究工作。其中，光催化技術(shù)是目前對水體污染物降解處于研究前沿的技術(shù)方法，對降解微囊藻毒素具有較好的前景。光催化主要是利用半導(dǎo)體光催化劑在光照射下產(chǎn)生活性物質(zhì)與微囊藻毒素分子發(fā)生氧化還原使其降解的技術(shù)，因此開發(fā)高效穩(wěn)定的半導(dǎo)體光催化劑成為光催化氧化處理技術(shù)的關(guān)鍵問題。

在研究的眾多新型可見光催化劑中，BiOI具有較窄的禁帶寬度，約為1.8eV。它是一種具有高度各向異性的層狀半導(dǎo)體，電子結(jié)構(gòu)獨(dú)特，具有優(yōu)良的可見光吸收能力和有機(jī)物降解能力，對于染料、氯代有機(jī)小分子、藻毒素等都具有較好的光催化降解效果。但是由于BiOI的禁帶寬度較小，容易成為光生電子和空穴的復(fù)合中心，因此其光催化活性及降解效率還有很大的提升空間。目前，元素?fù)诫s被認(rèn)為是一種用于擴(kuò)展光催化劑的吸光度范圍的有效手段。摻雜金屬和非金屬，可以有效增強(qiáng)BiOI的催化活性，但是在BiOI晶格內(nèi)引入其他元素的原子以后會(huì)導(dǎo)致BiOI晶體的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性變差，同時(shí)大大增加載流子的復(fù)合幾率，進(jìn)而減弱了光催化性能。相較于傳統(tǒng)的元素?fù)诫s，氧空位的自摻雜不會(huì)引入雜質(zhì)元素，從而保護(hù)了BiOI催化劑晶格的穩(wěn)定性。氧空位可以在BiOI的價(jià)帶和導(dǎo)帶中間形成一個(gè)中間帶，從而提高BiOI的可見光活性。Juan Su等人通過局部還原法成功制備了氧空位和Ti³⁺自摻雜TiO₂，并通過研究發(fā)現(xiàn)其對有機(jī)污染物的降解效果有明顯改善。本發(fā)明將新型窄帶隙半導(dǎo)體BiOI進(jìn)行高溫氫化還原，制備得到富含氧空位的BiOI可見光催化劑。到目前為止，還沒有關(guān)于氧空位自摻雜BiOI可見光催化劑的報(bào)道，對水體中微囊藻毒素(MC-LR)的報(bào)道也沒有涉及。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種氧空位自摻雜BiOI可見光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明首先采用超聲輔助水解法制備BiOI，再用氫氣還原法制備氧空位自摻雜BiOI可見光催化劑，所制得的光催化劑有利于光生載流子的輸運(yùn)過程，具有良好的可見光光催化活性。

本發(fā)明的另一目的是提供上述氧空位自摻雜BiOI可見光催化劑的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述的第一個(gè)目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：

一種氧空位自摻雜BiOI可見光催化劑，是由BiOI粉體通過高溫氫化制備得到，煅燒溫度為200～500℃，所得樣品分別記為200-BiOI、300-BiOI、400-BiOI、500-BiOI可見光催化劑。

1、一種氧空位自摻雜BiOI可見光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

a：BiOI的制備

(1)稱取2mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O分散于20～40mL去離子水中，先超聲30～60min，再進(jìn)行磁力攪拌10～30min；

(2)將2mmol KI溶于20～40mL去離子水中，待完全溶解后，磁力攪拌下，逐滴加入到上述步驟(1)所得溶液中，得到均勻分布的磚紅色液體；

(3)步驟(2)所得的磚紅色液體自然沉降后收集沉淀，用去離子水和乙醇交替洗滌3～5次，將磚紅色沉淀在60～80℃下烘干12～16h即得BiOI；

b：氧空位自摻雜BiOI可見光催化劑的制備

(1)稱取0.5～1g上述合成的BiOI置于瓷舟中，放入管式爐中間；

(2)在200～500℃條件下煅燒6h，升溫速率為3～5min，在此過程中石英管內(nèi)充滿氫氬混合氣(V：V＝15：85)，氣體流速為50～60sccm；

(3)氫化完成后的BiOI粉末用去離子水和酒精洗滌3～5次，在60～80℃下干燥12～16h即得富含氧空位的BiOI可見光催化劑。

(4)權(quán)利要求1(b)的煅燒溫度為600℃時(shí)炭化現(xiàn)象嚴(yán)重，因此，本發(fā)明制備的氧空位自摻雜BiOI可見光催化劑的煅燒溫度控制為200～500℃。

為了實(shí)現(xiàn)上述的另一個(gè)目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：