[發明專利]單層氮化碳納米片和鉍等離子體聯合修飾型氧化鉍基電極及其制備和應用

有效

• 申請號: 201710859949.0
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107754837B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 黃思偉;劉恩秦;鄒紫瑩;程夢珂;王齊
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30;C02F1/461;C02F101/22;C02F101/34
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 黃平英

本發明公開了單層氮化碳納米片和鉍等離子體聯合修飾型氧化鉍基電極及其制備和應用，包括：將五水硝酸鉍溶于含HNO₃的乙二醇中，得溶液A；將C₃N₄固體置于乙醇溶液中，超聲剝離得含單層C₃N₄的乙醇懸濁液，離心后取上清液為溶液B；然后將溶液B加入溶液A中，分散均勻后滴涂在導電玻璃上，真空干燥后煅燒得Bi₂O₃?C₃N₄薄膜；然后置于酸性KI溶液中進行離子交換，洗滌后自然風干后得到Bi₂O₃?BiOI?C₃N₄；再置于甲醇溶液中，氙燈照射后將薄膜取出，自然風干即得。本發明構建分散性好，穩定性強，光催化效果好的可見光催化薄膜。有效解決光催化劑回收難題的同時使得催化劑在可見光作用下降解污染物的效果得到更大的提升。

技術領域

本發明涉及光電催化材料技術領域，主要涉及單層C₃N₄納米片和Bi等離子體聯合修飾型Bi₂O₃基電極的制備及應用。

背景技術

光催化技術是高級氧化技術的一種，是一種綠色技術，只需要利用太陽光的照射，光催化劑表面即會產生光生電子和空穴。電子可以用于還原反應，空穴可以用來氧化有機污染物。而光催化劑多為粉體催化劑，回收再利用是一大難題。同時，以大多數光催化劑只對短波長的紫外光有響應，催化效果也比較差。

而光電催化，由于催化劑為薄膜電極的形式，在回收上相對于光催化更勝一籌，同時，由于外加偏壓的存在，電子轉移效果更好，催化效果較光催化更優。目前，等離子體共振原理已經在光電催化領域被廣泛應用，我們利用等離子體效應，在Bi₂O₃-BiOI的表面進行原位還原反應，產生的單質Bi等離子體對于催化薄膜的電子產生和轉移等光電催化性能及可見光的吸收都具有極大的促進作用。進一步引入了單層的C₃N₄納米片對電極進行修飾后光催化薄膜電極的光電性能顯著增加。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作為一種新型高分子基半導體材料，具有廉價、不含金屬元素、可調控的能帶結構、優異的熱和化學穩定性等優點，在光電催化、有機污染物的降解和光致發光等領域展示出廣闊的應用前景。傳統直接熱聚合方法獲得的石墨相氮化碳往往表面積較小、催化反應活性位點較少、光響應性能較差，這些問題一定程度上制約了石墨相氮化碳的規?；瘧谩Ｒ虼?，制備出單層的C₃N₄納米片用于修飾光催化薄膜電極是十分有前景的。已經有研究表明剝離后的g-C₃N₄光電性能顯著增加。但是該研究是應用于降解染料，這一點依然是十分有局限性的。

隨著各類工業技術的飛速發展，產生的污染物也越來越發雜多樣，其中有機高毒性污染物治理的難題也越來越受到廣泛發關注。具有代表性的有機污染物為苯酚。苯酚不僅有毒性，且具有強烈的腐蝕性。而具有代表性的重金屬污染物為鉻(Cr(VI))，Cr(VI)具有毒性且可致畸、致癌、致突變。

作為有機污染物的代表，苯酚是一種重要的有機合成原料，來源廣泛可用于化工生產或制造業，包括橡膠、涂料、石棉品、木材防腐劑、樹脂、紡織物、藥品、香水、塑料等。也可在石油、制革、造紙、香料、墨水、肥皂、農藥、染料等行業中使用。在醫藥上，被廣泛使用作為消毒劑、殺蟲劑等。在實驗室中用作溶劑、試劑。

而重金屬Cr(VI)的來源也十分廣泛，包括制革、鞣革、電鍍等許多工業產業。且Cr(VI)很強，易溶于水，容易遷移，將其還原轉化為Cr(III)是最常見的處理方法，Cr(III)的毒性只有Cr(VI)的1％，并且易沉淀，容易分離。