[發明專利]g-C3N4嫁接鹵氧化鉍微球光催化劑的制備方法及應用

在審

• 申請號: 201810292002.0
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108607590A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 申志強;沈翔;李舒揚;龍小洲;何崗;王焰新
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/00;B01J35/08;B01J35/10;B01J37/10;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 馮必發;金慧君

本發明公開了一種g?C₃N₄嫁接鹵氧化鉍微球光催化劑的制備方法及應用。復合光催化劑中，BiOI作為窄帶隙(1.78eV)半導體可以拓寬半導體在可見光區的響應范圍從而敏化其他寬帶隙的半導體，BiOBr_xI_1?x固溶體多級微球增加了對太陽光的吸收率。同時BiOBr_xI_1?x固溶體多級微球與g?C₃N₄組分間形成異質結結構，使得光生電子與空穴得到有效的分離與轉移，有效的降低光生電子與空穴的復合率，顯著地提升復合光催化劑的光催化效率；本發明制備得到的8％g?C₃N₄/BiOBr_0.6I_0.4復合光催化劑對甲基橙的降解率達92.9％，制備得到的復合光催化劑有效的解決了傳統光催化劑太陽光利用率低，光生載流子易復合的問題，能夠廣泛的應用于環境問題修復，能源轉換等領域。

技術領域

本發明屬于光催化劑技術領域，具體涉及一種g-C₃N₄嫁接鹵氧化鉍微球光催化劑的制備方法及其應用。

背景技術

隨著人們生活水平的不斷提高和對環境問題的日益重視，環境污染的危害和控制技術已經成為環境科學領域關注的熱點。半導體光催化高級氧化技術作為一種綠色環保，高效廉價的新興技術，在污水處理、空氣凈化及綠色能源方面表現出了巨大的應用前景。光催化的過程就是利用半導體材料受光激發產生空穴、電子與界面上的羥基、水分子和溶解氧發生反應產生羥基自由基、超氧負離子自由基等活性物種與污染物分子發生氧化還原反應，使其裂解斷鍵并最終生成二氧化碳和水從而達到降解消除環境污染物的目的。

聚合物半導體石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有合成簡單，熱穩定性高，耐腐蝕性強，且具有適宜的能帶結構；但純相的g-C₃N₄可見光的利用范圍有限，光生電子-空穴復合嚴重，并且其比表面積較小，使得其在可見光條件下降解有機污染物的效果并不理想，嚴重影響了其在光催化領域的大規模應用。

具有窄帶隙的鹵氧化鉍P型半導體材料因其獨特的開放式層狀結構和內建靜電場而有利于光生載流子的分離，表現出了較高的可見光催化活性能。將 g-C₃N₄和鹵氧化鉍嫁接耦合，兩種半導體的帶隙結構很好地匹配并有序錯開，形成異質結結構，造成太陽光激發的電子能從C₃N₄的導帶上轉移到鹵氧化鉍的導帶上，光生空穴將從鹵氧化鉍的價帶上轉移到C₃N₄的價帶上，可實現光生空穴和電子的有效分離和傳輸。

相關技術中，g-C₃N₄/BiOBr復合材料的合成方法采用溶劑熱法，所合成的復合光催化劑具有比單一g-C₃N₄和BiOBr更低的帶隙寬度以及等高的吸收邊緣，并且所合成的光催化劑在g-C₃N₄和BiOBr之間形成異質結構，使得光催化劑的光生電子與空穴得到更好的分離以轉移，然而制備得到的光催化劑團聚現象較為嚴重，比表面積較小，嚴重影響其對可見光的吸收和光催化效率，在可見光照射150min后，對雙酚A的降解率只有55％。

發明內容

有鑒于此，本發明的實施例提供了一種制備能夠有效的防止光生電子和空穴的復合、帶隙寬度窄和比表面積大的異質結構的g-C₃N₄嫁接鹵氧化鉍微球光催化劑的制備方法，制備的光催化劑分散性好。

本發明實施例采用的技術方案是，一種g-C₃N₄嫁接鹵氧化鉍微球光催化劑的制備方法，包括以下步驟：