[發明專利]一種硫化鎘/碘氧化鉍異質結光催化劑的制備方法和用途

在審

• 申請號: 201710790151.5
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107362813A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 蔣峰芝;王珊;陳宇
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: B01J27/06
• 分類號: B01J27/06;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34
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技術領域

本發明屬于半導體光催化領域，涉及一種硫化鎘/碘氧化鉍異質結光催化劑的制備方法及其用途。

背景技術

半導體光催化技術就是利用半導體在紫外光或可見光的照射下，將空氣與水環境中的污染物降解，最終生成二氧化碳、水以及其他無害的無機離子，該技術具有工藝簡單、操作簡便、降解徹底和無二次污染等特點，在污水處理、空氣凈化、解決能源危機等方面有著廣闊的應用前景。由于TiO₂具有光催化活性好、耐光腐蝕能力強、本身穩定程度高、價格相對低及對人體無毒性等優點，成為目前最具前景的半導體光催化劑。然而，TiO₂能帶帶隙較寬(約為3.2 eV)，需要能量較高的紫外光（λ< 380nm）才能使其價帶中的電子受激，表現出光催化活性。加之自然界中紫外線輻射只占太陽光總強度的5%左右，使得TiO₂對太陽光的利用率較低，極大程度上限制了其在光催化領域的應用范圍。為了提高TiO₂的光催化活性，更多的研究是對 TiO₂通過摻雜、復合等方式進行改性，但是經過多年的努力，TiO₂低的量子效率始終是難以解決的問題。因此，開發新型半導體光催化劑成為了一個重要的發展趨勢。

鹵氧化鉍BiOX（X=Cl、Br、I）因其獨特的層狀結構、適合的禁帶寬度和高的穩定性，成為半導體光催化劑研究的一個新方向。其中，BiOI因禁帶寬度較窄（1.63-1.94 eV），對可見光有良好的響應而受到廣泛關注。BiOI層狀結構之間大的空間能夠極化相關的原子和軌道，從而產生偶極子，有效地分離光生電子-空穴對，產生的光生電子和空穴分別與O₂和H₂O反應產生有氧化活性的自由基，如?O₂^?和?OH等，這些自由基可以與光催化劑表明吸附的污染物發生反應，使其降解。因此，BiOI作為半導體光催化劑將在水污染處理中顯示出廣闊的應用前景。

盡管BiOI在可見光區有較強的光吸收，但在可見光照射下的光催化活性較差。這是因為BiOI的禁帶寬度較小，容易使光生電子和空穴再結合，不利于光生電子和空穴的有效分離，表現出較差的光催化活性。因此，尋找可以有效抑制BiOI光生電子-空穴對復合的方法成為一個重要的發展趨勢。

復合半導體一般是利用兩種不同半導體的相互作用提高所合成催化劑的光催化活性。在復合半導體中形成異質結有助于光生電子-空穴對的分離，還可以拓展半導體材料的光響應范圍，從而提高復合半導體光催化劑的光催化活性。研究發現，以BiOI為基礎合成異質結材料是一種提高光催化活性的有效方法。具體示例如下：

1. Yanfang Liu 等 (Yanfang Liu, Wenqing Yao, Di Liu, et al., Applied Catalysis B: Environmental, 2015, 163: 547-553) 先用溶劑熱法合成BiOI，再以磷酸二氫鈉為原料，用水熱法在180℃下反應24小時得到BiPO₄/BiOI異質結。所合成的異質結對苯酚的去除率是純相BiOI的4倍。但合成異質結過程中所用的水熱法反應時間長，增大了合成成本。