[發(fā)明專利]一種具有鉍、氧雙空位的鎢酸鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011198319.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN112156770B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊紹鋒;劉平樂;魏稼軒;包順東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/31
• 分類號(hào): B01J23/31;B01J37/10;B01J37/34;B01J37/16;C07C1/02;C07C9/04;A62D3/17;C01B3/02;C01B32/40;A62D101/20
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發(fā)明公開了一種具有鉍、氧雙空位的鎢酸鉍光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明通過水熱法和添加還原性助劑來構(gòu)造表面氧空位，通過調(diào)控鉍源前驅(qū)體和鎢酸鹽前驅(qū)體的比例構(gòu)造鉍空位，從而制備具有鉍、氧雙空位的鎢酸鉍光催化劑。所述的鉍、氧雙空位鎢酸鉍光催化劑的可見光吸收范圍寬、光生電荷復(fù)合率低，并且光催化還原CO₂的活性高。同時(shí)，所述光催化劑的雙空位構(gòu)造工藝簡(jiǎn)單，制備參數(shù)可控。因此，本發(fā)明申請(qǐng)?jiān)诳梢姽饫煤铜h(huán)境保護(hù)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有鉍、氧雙空位的鎢酸鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近幾十年來，光還原CO₂被認(rèn)定是一種很有前途的綠色可持續(xù)發(fā)展技術(shù)，可以充分利用太陽能將溫室氣體CO₂轉(zhuǎn)化成為化學(xué)燃料，達(dá)到一種變廢為寶的目的。然而目前光催化半導(dǎo)體材料存在一系列問題，如光生載流子復(fù)合速率快、表面活性位點(diǎn)數(shù)量少和可見光吸收能力弱等。上述問題不利于光催化活性的提升并且嚴(yán)重限制光催化還原CO₂技術(shù)的推廣應(yīng)用。因此，開發(fā)一種高效的光催化劑尤為重要。

窄帶隙(～2.7ev)的鎢酸鉍作為一種很有前途的鉍基光催化劑，因其優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，如無毒性、高穩(wěn)定性等，引起了人們的廣泛關(guān)注。但鎢酸鉍量子產(chǎn)率較低、光生電荷載流子復(fù)合速率快，導(dǎo)致光催化活性較低。構(gòu)建光催化劑表面的陽離子和陰離子缺陷是提高光催化活性的一種手段。陽離子缺陷在反應(yīng)過程中可以提供吸附/催化反應(yīng)位點(diǎn)，提高光生載流子遷移率。陰離子缺陷具有拓寬可見光吸收范圍、提供催化反應(yīng)位點(diǎn)的特點(diǎn)。Siang-Piao Chai等人(Chem.Commun.,2016,52(99),14242)通過乙二醇溶劑熱法制備含氧空位的鎢酸鉍，實(shí)現(xiàn)在紫外-可見光-近紅外寬光譜范圍內(nèi)的光催化還原CO₂，表面氧空位缺陷的存在使鎢酸鉍光催化CO₂還原性能得到極大提高。李華明等人(Applied Catalysis B:Environmental,238(2018),119)通過模板法將鉍空位定向植入到鎢酸鉍中，以形成含金屬鉍空位的超薄納米片。其研究表明鉍空位的存在會(huì)在禁帶中產(chǎn)生新的缺陷能帶，并在價(jià)帶最大值處形成更高的態(tài)密度，從而導(dǎo)致電荷載流子濃度和電子電導(dǎo)率增加。在光催化領(lǐng)域，有關(guān)陰離子缺陷的報(bào)道有很多，而關(guān)于陽離子缺陷的報(bào)道很少并且目前所報(bào)道的光催化劑均只是包含單一離子的表面缺陷。

本發(fā)明提出一種具有鉍、氧雙空位的鎢酸鉍復(fù)合光催化劑結(jié)構(gòu)及其制備方法。本專利申請(qǐng)首次制備鉍空位、氧空位共存的鎢酸鉍納米片狀半導(dǎo)體材料。合成的鉍、氧雙空位修飾的鎢酸鉍拓寬其可見光吸收范圍、降低了光生電荷載流子與空穴的復(fù)合率。同時(shí)，鉍缺陷與氧缺陷可作為光催化CO₂反應(yīng)的活性位點(diǎn)。實(shí)施例證明這種含有雙缺陷誘導(dǎo)的鎢酸鉍光催化劑對(duì)于CO₂吸附和光催化還原具有積極的影響。本發(fā)明的重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)了一種通過穩(wěn)定可靠的方式合成金屬陽離子缺陷和非金屬陰離子缺陷共存的新型鎢酸鉍光催化劑材料。這種通過在水熱法制備鎢酸鉍的前驅(qū)體溶液中添加具有還原性質(zhì)溶劑處理的方法工藝簡(jiǎn)單，合成的缺陷在氧環(huán)境下耐久性影響較小，操作方便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不受所添加的其他摻雜劑干擾影響。可適用于大部分金屬氧化物半導(dǎo)體光催化劑，是一種理想的光催化表面缺陷構(gòu)造技術(shù)，應(yīng)用前景非常廣泛。