[發(fā)明專利]一種光還原二氧化碳的氧化鎢/碘氧鉍異質(zhì)結(jié)材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010061276.6
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111254461B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國華;陳志成;項(xiàng)曙光;胡鑫;周雪;王寧
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B3/26;C25B3/07
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發(fā)明公開了一種光還原二氧化碳的氧化鎢/碘氧鉍異質(zhì)結(jié)材料及其制備方法和應(yīng)用，是利用硝酸鉍與碘化鉀構(gòu)成的碘氧鉍前驅(qū)液使氧化鎢納米板上生長碘氧鉍，從而獲得目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)材料具有良好的可見光吸收性能和良好的穩(wěn)定性，可用于光還原二氧化碳生產(chǎn)甲醇。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光電催化電極材料，具體涉及一種光還原二氧化碳的氧化鎢/碘氧鉍異質(zhì)結(jié)材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于納米材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在當(dāng)下，解決日益增長的能源需求和全球環(huán)境污染成為人們越來越關(guān)注的話題。科學(xué)家們一直嘗試著開發(fā)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來解決這個(gè)問題，而光電催化能將光能逐漸轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或電能，涉及的方法操作簡單、成本低、轉(zhuǎn)化效率也高，在解決能源需求和環(huán)境污染處理方面是一個(gè)非常有吸引力的選擇。在光電催化技術(shù)中，半導(dǎo)體光催化劑已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在太陽能轉(zhuǎn)化和凈化環(huán)境污染方面。

從目前光催化相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道中可知：碘氧鉍的價(jià)帶和導(dǎo)帶的能級與氧化鎢的能級在理論上是完全匹配的。碘氧鉍與相對寬的帶隙半導(dǎo)體氧化鎢結(jié)合，形成具有能量匹配導(dǎo)帶和價(jià)帶的異質(zhì)結(jié)材料，可加速電荷的轉(zhuǎn)移和降低光生載流子的復(fù)合速率，從而拓寬對可見光的吸收范圍，提高光電催化效率和可見光的光催化活性。目前用于在氧化鎢板上生長碘氧鉍來制備氧化鎢/碘氧鉍異質(zhì)結(jié)材料的方法有水熱法和電化學(xué)電鍍法等。其中電鍍法需要電化學(xué)工作站來提供偏壓，且電鍍法生長的碘氧鉍納米片在氧化鎢板上的分布不均勻。水熱法因設(shè)備簡單和操作方便而成為制備氧化鎢/碘氧鉍異質(zhì)結(jié)材料的主流方法。目前報(bào)道的水熱法主要基于硝酸鉍與碘化鉀構(gòu)成的碘氧鉍前驅(qū)液來合成碘氧鉍。涉及的化學(xué)反應(yīng)為：

Bi(NO₃)₃·5H₂O→Bi³⁺+3(NO₃)^1-+5H₂O (1)

KI→K¹⁺+I^1- (2)

Bi³⁺+I^1-+H₂O→BiOI+2H⁺ (3)

該方法可以用于在各種基底表面生長碘氧鉍納米片，但在此操作過程中不同濃度的碘氧鉍前驅(qū)液以及不同的反應(yīng)條件會影響碘氧鉍納米片的形貌長勢和分布密度，且會影響其光電性能，從而影響其在光催化中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種光還原二氧化碳的氧化鎢/碘氧鉍異質(zhì)結(jié)材料及其制備方法，旨在使所制備的異質(zhì)結(jié)材料具有良好的可見光吸收性能和良好的穩(wěn)定性，且可用于光還原二氧化碳生產(chǎn)甲醇。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

一種光還原二氧化碳的氧化鎢/碘氧鉍異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，是利用硝酸鉍與碘化鉀構(gòu)成的碘氧鉍前驅(qū)液使氧化鎢納米板上生長碘氧鉍，從而獲得氧化鎢/碘氧鉍異質(zhì)結(jié)材料。具體包括以下步驟：

1)將0.1～0.4g硝酸鉍加入30～50mL的乙二醇溶液中，攪拌至完全溶解，再加入0.05～0.15g碘化鉀，繼續(xù)攪拌均勻，獲得碘氧鉍前驅(qū)液；

2)將氧化鎢納米板傾斜地浸入所述碘氧鉍前驅(qū)液中，并在160℃高溫下反應(yīng)4～6個(gè)小時(shí)；反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，取出所得產(chǎn)物并清洗、烘干，即獲得氧化鎢/碘氧鉍異質(zhì)結(jié)材料。

進(jìn)一步地，步驟2)中，氧化鎢納米板的傾斜角度為30～50o。

本發(fā)明所獲得的氧化鎢/碘氧鉍異質(zhì)結(jié)材料可用于作為光陽極，光還原二氧化碳生產(chǎn)甲醇。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明利用硝酸鉍與碘化鉀構(gòu)成的碘氧鉍前驅(qū)液生長碘氧鉍納米片，所得碘氧鉍納米片形貌均勻整齊，這種整齊的形貌有利于提高對光的吸收能力。