[發(fā)明專利]一種鉍-硫化鉍-鎢酸鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210020578.8
• 申請(qǐng)日: 2022-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN114247452A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周云雷;丁佳;殷煥順;王軍;劉克學(xué);王鎖;王紅;崔曉婷;鄭玉琳;高蘭蘭;曹璐璐;王茜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/047
• 分類號(hào): B01J27/047;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/30
• 代理公司: 濟(jì)南譽(yù)豐專利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37240
• 代理人: 尚久恒

本發(fā)明公開了一種鉍?硫化鉍?鎢酸鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明將硝酸鉍和鎢酸鈉分別溶于乙二醇，將硫脲溶于乙醇溶液；三種溶液混合得到前驅(qū)體溶液；前驅(qū)體溶液進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，將反應(yīng)得到的黑色沉淀進(jìn)行洗滌和干燥，即得到鉍?硫化鉍?鎢酸鉍復(fù)合光催化劑。本發(fā)明通過調(diào)控加入硫脲和鎢酸鈉的比例，同時(shí)利用還原性助劑來生成金屬鉍，利用溶劑熱法一鍋合成了鉍?硫化鉍?鎢酸鉍復(fù)合光催化劑。本發(fā)明的制備簡單、原料易得，生產(chǎn)成本低，綠色環(huán)保。鉍?硫化鉍?鎢酸鉍復(fù)合光催化劑的可見光吸收范圍寬、光生載流子復(fù)合率低，性能穩(wěn)定，并且光催化降解塑化劑的活性高，在可見光利用和環(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)明涉及技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉍-硫化鉍-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)

隨著人口增長和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。大量難以自然降解的環(huán)境污染物，造成了動(dòng)植物生存環(huán)境的破壞并威脅著人類的健康。為了解決環(huán)境污染問題，人們嘗試?yán)枚喾N技術(shù)手段促進(jìn)污染物的降解，其中，光催化技術(shù)利用光能降解污染物，更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，因而受到了人們的廣泛認(rèn)可。光催化降解技術(shù)是結(jié)合光催化半導(dǎo)體材料，在紫外光或者可見光的照射下產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，再通過電子和空穴的還原性和氧化性與氧氣或水反應(yīng)，產(chǎn)生超氧自由基或羥基自由基，再利用這些活性基團(tuán)攻擊污染物，使其轉(zhuǎn)化生成無毒的物質(zhì)。在廢水中的有機(jī)物可以發(fā)生光催化氧化反應(yīng)，使大多數(shù)難降解有機(jī)物氧化或偶合，最終將有機(jī)物降解為二氧化碳和水。光催化技術(shù)的核心是光催化材料，因此，開發(fā)性能卓越的光催化材料是研究的重點(diǎn)。

在眾多的半導(dǎo)體光催化劑中，鉍系半導(dǎo)體材料由于其卓越的化學(xué)和熱穩(wěn)定性、無毒性以及獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)得到了廣泛的關(guān)注。鎢酸鉍(Bi₂WO₆)作為p型半導(dǎo)體材料的一種，具有鈣鈦礦片層結(jié)構(gòu)，其禁帶寬度2.7eV左右，在波長大于420nm的可見光區(qū)域有較強(qiáng)的吸收，可同時(shí)利用太陽光中的紫外光和可見光，越來越受到廣大研究者的青睞。但光生電子空穴對(duì)的快速復(fù)合和較弱的表面吸附能力使得Bi₂WO₆的光催化效率較低，所以需要一種有效提升性能的復(fù)合光催化劑，進(jìn)一步提高其光生載流子的分離效率，增強(qiáng)催化活性，與能帶匹配的硫化鉍(Bi₂S₃)構(gòu)建異質(zhì)結(jié)，同時(shí)引入能促進(jìn)電子傳輸?shù)慕饘巽G，有效抑制光生電子-空穴的再復(fù)合，大大提高光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供一種鉍-硫化鉍-鎢酸鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的復(fù)合光催化劑對(duì)可見光吸收范圍寬、光催化性能優(yōu)異、穩(wěn)定性好、重復(fù)利用性強(qiáng)；制備方法的反應(yīng)條件溫和、操作流程簡單、綠色環(huán)保，可用于大規(guī)模制備鉍-硫化鉍-鎢酸鉍復(fù)合光催化材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一方面，提供一種鉍-硫化鉍-鎢酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將硝酸鉍和鎢酸鈉分別溶于乙二醇得到溶液A和溶液B，將硫脲溶于乙醇中得到溶液C；將溶液B和溶液C依次加入溶液A中，攪拌均勻得到前驅(qū)體溶液；

(2)前驅(qū)體溶液進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，將反應(yīng)得到的黑色沉淀進(jìn)行洗滌和干燥，即得到鉍-硫化鉍-鎢酸鉍復(fù)合光催化劑，記為Bi-Bi₂S₃-Bi₂WO₆。

優(yōu)選的，步驟(1)中，所述硝酸鉍通過超聲溶解溶于乙二醇得到溶液A；所述鎢酸鈉通過超聲溶解溶于乙二醇得到溶液B；所述硫脲通過超聲溶解溶于乙醇得到溶液C；所述超聲溶解的時(shí)間均為10～30min。

優(yōu)選的，步驟(1)中，所述溶液A中硝酸鉍的濃度為0.1～3M；所述溶液B中鎢酸鈉的濃度為0.01～1M；所述溶液C中硫脲的濃度為0.005～2M。

優(yōu)選的，步驟(1)中，所述攪拌的時(shí)間為10～60min。