[發明專利]一種無機/有機雙異質結可見光催化復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202111053030.5
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113578394A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王津南;王浩伊
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;B01J31/02;B01J27/06;B01J35/06;B01J37/03;B01J37/10;C02F1/30;C02F101/34
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 劉佳慧

本發明公開了一種無機/有機雙異質結可見光催化復合材料及其制備方法和應用，材料是以BOB/B4OB(溴氧化鉍異質結)為主體材料，通過酸性自組裝在BOB/B4OB上負載PED(苝酰亞胺)的三相異質結結構；可見光催化復合材料的化學式為PED@BOB/B4OB。通過一鍋水熱法構成BOB/B4OB無機二型異質結材料，具有匹配的帶隙和緊密的連接結構，實現光生載流子的高效分離；與PED構成雙異質結，進一步提高了電荷分離效率，并且具有全光譜范圍光吸收響應的特性。本發明具有高催化活性、穩定性良好等優點。

技術領域

本發明屬于環境功能材料領域，涉及一種光催化材料，尤其涉及一種無機/有機雙異質結可見光催化復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

可見光催化氧化技術由于其能耗低，無二次污染等問題受到了廣泛的關注。然而當前光催化材料面臨的問題是可見光下光催化效率低，主要原因是由于(1)光生載流子復合速率快，對光生電子的利用率低；(2)對可見光范圍的光吸收少，大部分可見光波長的能量無法實現半導體的激發，從而限制了光催化領域的應用。為解決以上問題，通常通過構成半導體異質結或在半導體表面進行負載來提高光催化活性。現有已公開關于可見光催化材料的申請如下：

申請號為202010085795.6的發明申請公開了一種碘摻雜二氧化鈦_溴氧化鉍復合光催化劑及其制備方法，該方法首先以介孔二氧化硅作為載體，分別將一定比例的碘、溴氧化鉍、二氧化鈦負載于SBA-15上，制備得到碘摻雜二氧化鈦-溴氧化鉍復合光催劑。碘的引入能讓復合材料保持較高的吸附能力、有序不易塌陷的孔道結構，同時可有效阻止TiO₂在熱處理過程中的團聚，但是由于兩種主體材料均在近紫外處激發導致對可見光的利用效率低。

申請號為202011573177.2的發明申請公開了一種二元復合納米催化劑及其制備方法和應用，該方法是預先通過水熱法合成BiOBr和CQDs，再通過將兩種材料在無水乙醇中加熱攪拌，直至無水乙醇完全揮發后置于馬弗爐中進行煅燒，獲得在BiOBr微球表面上緊密負載CQDs納米晶的材料，同時在BiOBr中引入了氧空位。但是較大的納米微球導致光生載流子遷移距離的延長，并不能充分提高光生載流子的分離效率，煅燒的方式可能會導致材料的聚合。

申請號為201910030245.1的發明申請公開了一種硫化鉍_溴氧化鉍磁性三元復合可見光催化劑的制備方法，該發明采用一步水熱法制備了磁性復合的Bi₂S₃/BiOBr/SrFe₁₂O₁₉可見光催化劑，但是組分混亂可能會導致材料整體的晶體結構紊亂，形成較多的光生載流子復合位點，由于光生載流子的遷移方向并不明確，可能會導致光生載流子的無效分離和重組。

因此，亟需開發新型加快電子空穴分離速率的可見光催化材料，并提升對于可見光的吸收利用性能。

發明內容

本發明針對光催化材料自身存在的缺陷和現有技術中該類材料存在的不足，以BOB為基體材料，通過調節反應前驅體溶液中的pH，生成了導帶價帶位置均高于BOB的B4OB，實現了兩種傳統無機半導體之間的能級匹配，使其自發構成同時存在BOB/B4OB的異質結材料，利用緊密的化學鍵連接使得能帶連續彎曲，促進光生載流子的分離；接下來通過酸堿條件調控在BOB/B4OB表面形成自組裝的PED納米纖維，從而構成雙異質結，進一步提升光生載流子的分離效率，由于PED的引入擴展了材料的可見光響應范圍，極大的提升了光催化劑對有機污染物的降解能力，為設計構建可見光催化材料提供了新的思路。

為實現上述目的，本發明提供一種無機/有機雙異質結可見光催化復合材料，具有這樣的特征：是以BOB/B4OB為主體材料，通過酸性自組裝在BOB/B4OB上負載PED的雙異質結結構；可見光催化復合材料的化學式為PED@BOB/B4OB。其中，BOB指BiOBr，B4OB指Bi₄O₅Br₂，BOB/B4OB為溴氧化鉍異質結；PED指苝酰亞胺(Perylene diimide)。