[發(fā)明專利]一種可見光響應(yīng)降解有機(jī)物的CuO/Bi2

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011187783.0
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112337473A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王成;李文江;呂桂財;潘松楠
• 申請（專利權(quán)）人: 徐州瑞鑫新材料研究院有限公司
• 主分類號: B01J23/887
• 分類號: B01J23/887;C02F1/30;C02F101/38
• 代理公司: 天津清漩知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12243
• 代理人: 王倩

本發(fā)明提供了一種可見光響應(yīng)降解有機(jī)物的CuO/Bi₂MoO₆異質(zhì)結(jié)光催化材料的制備方法及應(yīng)用，該異質(zhì)結(jié)光催化材料以鉬酸納，硝酸鉍、氧化銅和CTAB為原料，經(jīng)水熱法制備出不同摩爾比的CuO/Bi₂MoO₆異質(zhì)結(jié)光催化劑，分別考察它們以相同催化劑量(15mg)條件，在可見光照射下對有機(jī)污染物羅丹明B(30mg/L)的降解效果，光催化結(jié)果顯示少量的氧化銅與鉬酸鉍復(fù)合制備出的CuO/Bi₂MoO₆異質(zhì)結(jié)光催化劑能夠顯著提高光催化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制備和光催化領(lǐng)域，尤其是一種可見光響應(yīng)降解有機(jī)物的CuO/Bi2MoO6異質(zhì)結(jié)光催化材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，半導(dǎo)體光催化技術(shù)因其具有高效、節(jié)能、污染物降解徹底等優(yōu)點受到了廣泛研究，由于能夠最大程度的利用太陽能對有機(jī)廢水進(jìn)行降解消除，光催化技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)前解決水體污染的理想方法。此項技術(shù)是利用半導(dǎo)體光催化劑能在特定光源照射下產(chǎn)生具有較高氧化還原能力的光生電子-空穴對，來實現(xiàn)對有機(jī)污染物的高效降解。然而目前研究最多的半導(dǎo)體光催化劑，如：TiO₂、BiPO₄等紫外光響應(yīng)材料(紫外光僅占太陽光譜的5％左右)，由于對太陽能利用效率較低，很大程度上限制了半導(dǎo)體光催化技術(shù)的發(fā)展，因此，開發(fā)新型高效的可見光響應(yīng)的半導(dǎo)體光催化劑是光催化研究領(lǐng)域的熱點。

用可見光響應(yīng)材料構(gòu)造氧化銅異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑是提高光催化性能的一種簡單有效方法。此類異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面不僅有助于加寬光捕獲窗口，還可以延長光生載流子的壽命。最近含Bi的氧化物由于其層狀結(jié)構(gòu)和固有特性，在光催化和能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域引起了人們的廣泛關(guān)注。特別是鉬酸鉍由交替的(MoO₄)^2-薄片和(Bi₂O₂)²⁺層組成，這使其具有可控的形態(tài)，并具有合適的帶隙以捕獲可見光。氧化銅與鉬酸鉍的帶隙匹配，從而阻礙了光生電子-空穴對的重組，這使得鉬酸鉍成為了氧化銅的理想助催化劑。如王昊(ACSAppl.Mater.Interfaces 2020,12,2259-2268)制備的Bi₂MoO₆/CuO復(fù)合納米顆粒異質(zhì)結(jié)，與純的CuO和Bi₂MoO₆的光催化活性相比，該異質(zhì)結(jié)在可見光下顯示出增強的甲苯氧化效果。

眾所周知，形態(tài)和結(jié)構(gòu)也會影響催化劑的光催化性能。由二維層狀納米結(jié)構(gòu)和一維材料組成的三維分層結(jié)構(gòu)目前在吸附和光催化領(lǐng)域收到極大地關(guān)注。如陸明興團(tuán)隊(ACSAppl.Mater.Interfaces 2014,6,12,9004–9012)制備的MoO₃納米片和TiO₂納米纖維復(fù)合材料表現(xiàn)出來的光催化降解RhB活性比MoO₃納米顆粒和TiO₂納米纖維的復(fù)合材料提高了3倍。周偉佳與他的同事(small 2013,9,No.1,140–147)制備了在二氧化鈦納米帶上構(gòu)建幾層二硫化鉬納米片的異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑，該材料在20分鐘光照下可完全吸附并降解RhB。根據(jù)許多先前研究表明，三維分層結(jié)構(gòu)可以有效提高光催化效率的原因可能有以下三種原因：(1)三維結(jié)構(gòu)中的一維結(jié)構(gòu)如納米線、納米棒和納米管，可以作為電荷轉(zhuǎn)移提供路徑，從而促進(jìn)光致電子-空穴對的分離；(2)三維分層結(jié)構(gòu)通過引發(fā)可見光的多次反射來充分利用光。(3)三維結(jié)構(gòu)可以提供較大的表面積和眾多的活性位點，從而促進(jìn)吸附和光化學(xué)反應(yīng)。

基于上述研究，我們首次提出采用水熱法在一維氧化銅納米棒表面組裝了二維的鉬酸鉍納米片，從而合成三維CuO/Bi₂MoO₆分層異質(zhì)結(jié)光催化劑。

發(fā)明內(nèi)容