[發明專利]一種非化學計量比鉍酸銅納米材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710288016.0
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107008337B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 陳嶸;唐晗;趙慧平;楊浩
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: B01J23/843
• 分類號: B01J23/843;B01J35/02;B01J35/10
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 崔友明;李欣榮<國際申請>=<國際公布>

本發明公開了一種非化學計量比鉍酸銅納米材料及其制備和應用，所述非化學計量比鉍酸銅納米材料具有均一的海膽狀形貌，平均粒徑為2?3μm。該復合材料采用綠色、高效的常溫老化法，在得到海膽狀形貌的同時成功合成了穩定的非化學計量比材料。該材料由于其特殊的光譜吸收范圍，不僅促進了可見光的捕獲，也實現了光生載流子的高效利用，從而提高了在可見光范圍的光催化活性。本發明所述海膽狀非化學計量比鉍酸銅納米材料在可見光照射條件下表現出極高的活化過硫酸鹽光催化降解性能，適合推廣應用。

技術領域

本發明屬于功能復合材料及其制備技術領域，具體涉及非化學計量比鉍酸銅納米材料及其制備方法和應用。

背景技術

自從Honda和Fujishima報道了可以通過TiO₂作為光電極在紫外光照射下分解水制氫以來，研究者們利用半導體催化劑分解水進行了廣泛的研究。經過40多年的研究，很多高效的光催化劑都在紫外光(波長<420nm)下可以將水分解成H₂和O₂。然而，在可見光條件下光解水的效率是很低的，而在太陽光譜中紫外光僅占4％左右，可見光則多達46％。因此，開發出在可見光條件下，具有高效光催化活性的光催化劑具有重大的理論和實際意義。

在眾多的光催化劑中，鉍酸銅具有良好可見光催化性能，作為一類新型光催化材料，近年來發展成為光催化領域的一個研究熱點。從結構上說，鉍酸銅的價帶是由Bi 6s和O2p軌道雜化而成，二者之間的強相互作用降低了其對稱性，產生相關的偶極矩，這些偶極矩的產生與鐵電、壓電、非線性光學等性能密切相關。在光催化反應中，一方面，其具有較高的氧化活性和電荷流動性，從而使它們可能具有較高的光催化活性。另外，鉍酸銅在可見光區有較陡峭的能帶吸收邊，它們在可見光區的吸收產生于本身的帶間躍遷，而非禁帶區雜質能級的作用，避免雜質所形成的復合中心。另一方面，鉍酸銅具有獨特的層狀結構，使光催化反應主要在層間進行，其光催化活性也會因層間的分子或離子的不同而改變，是一類新型高效的多相光催化材料。因此，鉍酸銅光催化材料具有實現可見光催化的潛質。

為了進一步提升鉍酸銅材料的催化性能拓展其應用前景，近年來，提高鉍酸銅活化能力和光催化活性的策略有：摻雜、負載、構筑異質結、改變形貌、改變化學計量等方法，均可很好的將鉍酸銅材料運用于光催化中。如齊飛等(中國專利CN201510234345.8)報道了通過改變形貌，對材料的合成過程進行優化，提出了制備具有特殊的多孔形貌的鉍酸銅材料的方法。但是該方法，反應條件較為苛刻，需要極高的堿濃度，限制了推廣應用。而具有非化學計量比的鉍酸銅材料，因為其在紫外光下穩定，表面缺陷較多，具有相比于計量比鉍酸銅材料較大的比表面積，較高的載流子傳輸速度和載流子濃度，展現出了更好的光活化能力和光催化活性。如Henry等(Chemistry of Materials2001,13：543-551)報道了通過了精確控制堿液濃度，在180℃水熱反應的條件下合成了具有非化學計量比的鉍酸銅材料。然而，該方案需要長達五天的反應時間以及受到重復性和效率的限制。迄今為止，尚無文獻和專利報道過在溫和的室溫條件下制備非化學計量比鉍酸銅材料。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的首要目的在于提供一種非化學計量比鉍酸銅納米材料，該材料的化學式為Cu_0.84Bi_2.08O₄，形貌為均一的海膽狀，比表面積為30～40m²/g，平均粒徑為2～3μm。

本發明的另一目的還在于提供這種納米材料的制備方法，采用室溫老化法構建非化學計量比鉍酸銅納米材料，在得到海膽狀形貌的同時成功構筑非化學計量比鉍酸銅，該方法涉及的制備工藝簡單，成本低，生產過程綠色環保，穩定性高，符合實際生產需要，有較大的應用潛力。