CN103657692A - 一种溴化氧铋复合光催化剂 - Google Patents

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周梦颖
赵苏青
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Abstract

本发明公开了一种溴化氧铋复合光催化剂，该催化剂是以Bi（NO3）3?5H2O、CTAB和Na2WO4?2H2O为原料，通过一步水热法制得含有BiOBr和Bi2O3/WO3的异质结结构复合光催化剂；其形貌为片状交叉形成的菊花状晶体结构。本发明具有更好的光催化能力；菊花状晶体结构中BiOBr和BiOBr/Bi2O3/WO3的导带以及价带呈阶梯状嵌合，光生电子迁移至BiOBr的导带，光生空穴迁移至Bi2O3/WO3的价带，可促进光生载流子的分离；比表面积大，光响应范围广，光生电子-空穴寿命长，可广泛应用于环境污染治理等领域。

Description

一种溴化氧铋复合光催化剂
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其是一种溴化氧铋复合光催化剂，该光催化材料可用于降解环境中的有机污染物。
背景技术
溴化氧铋（BiOBr）是一种半导体纳米光催化剂，化学性质稳定，无毒，价廉且催化活性较好等优点，被广泛应用于污水处理，染料降解和有害气体的净化等领域。目前，BiOBr光催化剂应用的局限在于其禁带宽度为2.85eV，对可见光吸收有限，可见光响应较窄，且光生电子-空穴较易复合，使得其可见光催化活性不高。因此具有较高活性的光催化剂的研发就具有很大的经济和科研价值。
异质结结构复合光催化剂由于具有独特的可以匹配的能带结构，促使光生电子-空穴能够较快分离，抑制了电子空穴对的复合，延长电子空穴的寿命，使得参与光催化氧化染料的空穴增多，催化活性得到极大提高。在过去几年里，BiOBr与多种材料复合形成高效的复合光催化材料或者通过掺杂改性提高活性，正如BiOBr/BiOI，Ag/AgBr/BiOBr，BiOBr/BOH ，BiOBr-ZnFe2O4以及Ti-BiOBr，Fe-BiOBr等诸多文献所报道。这些科研成果在延长光生电子-空穴寿命，缩小禁带宽度以拓宽其可见光响应范围等方面做出贡献。
发明内容
本发明的目的是提供一种溴化氧铋复合光催化剂，该光催化剂是以简易的一步水热法制备而得，通过改变纳米颗粒结构与表面性质，使得该光催化剂对染料有较大吸附，增大光子与染料的接触，同时改变能带结构，从而促使光生电子-空穴的分离，提高载流子的量子效率，提高光催化剂的活性与稳定性。
本发明的目的这样实现的：
一种溴化氧铋复合光催化剂，其特征在于该催化剂是以Bi（NO3）3•5H2O 、CTAB和Na2WO4•2H2O为原料，通过一步水热法制得含有BiOBr和Bi2O3/WO3的异质结结构复合光催化剂；其制备步骤是：取五水合硝酸铋（Bi（NO3）3•5H2O）溶于水中，室温搅拌至形成均一溶液A，另取十六烷基三甲基溴化铵CTAB和二水合钨酸钠（Na2WO4•2H2O）溶于水，室温搅拌至形成溶液B ；将溶液A以每分钟30滴的速率缓慢滴加入溶液B中，观察到有白色沉淀生成；混合液在室温下快速搅拌30min后，转移至聚四氟乙烯釜中100~180℃，经历8~24小时水热反应，自然冷却至室温，抽滤后，于80℃干燥12~24小时，得到所述BiOBr/Bi2O3/WO3复合光催化剂；其中，物料摩尔比为Bi（NO3）3•5H2O ：CTAB：Na2WO4•2H2O：H2O=2.78:1.5:1:2。
所述光催化剂形貌为片状交叉形成的菊花状晶体结构。
本发明的优点：
（1）本发明具有更好的光催化能力。菊花状复合材料中BiOBr和Bi2O3/WO3的导带以及价带呈阶梯状嵌合，光生电子迁移至BiOBr的导带，光生空穴迁移至Bi2O3/WO3的价带，可促进光生载流子的分离；比表面积大，光响应范围广，光生电子-空穴寿命长，可广泛应用于环境污染治理等领域。
（2）采用简易的一步水热合成制备，制备工艺所需设备简单，价格低廉，稳定性好。
通过在模拟可见光下催化降解染料RhB来比较催化剂的光催化活性，结果显示，在可见光下该催化剂的光催化活性得到了大大提高；在降解10mg/L RhB染料废水时，10min内降解效率高达88%，30min内几乎降解完全。
附图说明
图1为本发明复合光催化剂的X射线衍射（XRD）图；
图2为本发明复合光催化剂与参考例的X射线衍射（XRD）图；
图3为本发明复合光催化剂的紫外可见漫反射（DRS）图；
图4为本发明可见光催化降解RhB活性测试结果对比图。
具体实施方式
实施例 1
国药五水合硝酸铋（Bi（NO3）3•5H2O）1.3485g溶于40ml水中，室温搅拌至形成均一溶液A，另取0.5467g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和0.3581g二水合钨酸钠（Na2WO4•2H2O），溶于40ml水中室温搅拌至形成溶液B 。将溶液A以每分钟30滴的速率缓慢滴加入溶液B中，使反应物摩尔比为Bi（NO3）3•5H2O ：CTAB：Na2WO4•2H2O= 2.78:1.5:1。混合液室温搅拌30min后，转移至聚四氟乙烯釜中130℃，18小时水热反应，抽滤后，于80℃干燥12小时。即得BiOBr/Bi2O3/WO3复合光催化材料。根据图2-c，实施例1所得样品中含有BiOBr和Bi2O3/WO3的特征衍射峰。
实施例 2
在上述实施例1中，改变十六烷基三甲基溴化铵的使用量至1.0132g，其他条件不变。制备BiOBr/Bi2O3/WO3复合光催化材料。根据图1-a，实施例2所得样品中含有BiOBr和Bi2O3/WO3晶型。
实施例 3
在上述实施例1中，用最佳配比（Bi（NO3）3•5H2O ：CTAB：Na2WO4•2H2O摩尔比为2.78:1.5:1），改变水热温度至100℃，其他条件不变。制备BiOBr/Bi2O3/WO3复合光催化材料。根据图1-b，实施例3所得样品中含有BiOBr和Bi2O3/WO3晶型。
实施例 4
在上述实施例1中，用最佳配比（Bi（NO3）3•5H2O ：CTAB：Na2WO4•2H2O摩尔比为2.78:1.5:1），改变水热反应时间8h，其他条件不变。制备BiOBr/Bi2O3/WO3复合光催化材料。根据图1-c，实施例4所得样品中含有BiOBr和Bi2O3/WO3晶型。
参考例 1
在上述实施例1中，除不加CTAB外，其他条件不变。制备Bi2O3/WO3光催化剂。根据图2-a，参考例1所得样品为Bi2O3/WO3晶型。
参考例 2
在上述实施例1中，除不加二水合钨酸钠外，其他条件不变。制备BiOBr光催化剂。根据图2-b，参考例2所得样品为BiOBr晶型。

Claims (2)

1.一种溴化氧铋复合光催化剂，其特征在于该催化剂是以Bi（NO3）3•5H2O 、CTAB和Na2WO4•2H2O为原料，通过一步水热法制得含有BiOBr和Bi2O3/WO3的异质结结构复合光催化剂；其制备步骤是：取Bi（NO3）3•5H2O）溶于水中，使Bi（NO3）3•5H2O的浓度为0.5~1mol/L，室温搅拌至形成均一溶液A；另取十六烷基三甲基溴化铵CTAB和Na2WO4•2H2O溶于水，室温搅拌至形成溶液B ；将溶液A以每分钟30滴的速率缓慢滴加至溶液B中，观察到有白色沉淀生成；混合液在室温下快速搅拌30min后，转移至聚四氟乙烯釜中100~180℃，经8~24小时水热反应，自然冷却至室温，抽滤后，于80℃干燥12~24小时，得到所述BiOBr/Bi2O3/WO3复合光催化剂；其中，物料摩尔比为Bi（NO3）3•5H2O ：CTAB：Na2WO4•2H2O：H2O=2.78:1.5:1:2。
2.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于该光催化剂形貌为片状交叉形成的菊花状晶体结构。
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