CN104190450B - 一种碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂及其制备方法，属于光催化领域。其主要特征是碘氧化铋与钼酸铋通过原位转化形成异质结构，利于光生电子‑空穴的分离，形成的复合光催化剂具有较宽的光谱响应范围，在可见光下具有高效的光催化活性。制备步骤为：①碘氧化铋的制备：将铋盐先溶解在一定体积的醇溶液中，再将计量比的碘化物醇溶液缓慢加入，搅拌均匀，通过溶剂热法制得样品。②取一定量步骤①所制备的碘氧化铋样品分散在醇溶液中，缓慢加入一定量的钼酸盐醇溶液，搅拌均匀，装入反应釜中进行溶剂热原位转化反应，得到碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂。该方法工艺简单，成本低廉，制备的碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂具有高效的可见光催化活性。
Description
技术领域
本发明属于光催化领域，涉及采用溶剂热法制备碘氧化铋，利用溶剂热原位转化法，制备碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂，形成p-n异质结构，加快电子-空穴的分离，且拓宽了催化剂的光谱响应范围，得到性能优越的复合光催化剂。
背景技术
目前环境污染的严重性，已成为一个直接威胁人类生存，亟需解决的焦点问题。光催化技术是从二十世纪70年代逐步发展起来的在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。自从1972年日本东京大学教授Fujishima和Honda发现Ti02电极在光的作用下可分解水产生氢气和氧气以及1977年Bard提出可利用半导体光催化反应处理工业废水中的有害物质以来，光催化反应在能源开发和环境治理等方面得到了普遍的关注。因此研究和开发新的光催化材料已成为目前国内外研究的热点。但是，目前报道的光催化材料大多效率低，带隙宽度较大，只能在紫外光区域显示光化学活性。在太阳光谱中，紫外光谱段(波长λ＜400nm)只占不到4％，而可见光谱段(波长400-750nm)约占43％。因此，为了有效地利用太阳光资源，研究在可见光响应下具有光催化活性的催化材料具有重要的实际意义。
铋系半导体光催化剂具有良好的光催化活性，能够有效地降解有机污染物，具有良好的发展前景。大部分铋系半导体光催化剂能被可见光激发，具有可见光催化活性。其中钼酸铋是典型的铋系光催化剂，具有可见光光催化性能，但其存在光生电子-空穴容易再结合的问题，极大的限制了钼酸铋的大规模应用。因此，必须采取一定的措施来提高光生电子迁移效率，有效的限制电子-空穴再结合，提高其可见光光催化活性。其中，利用半导体复合形成异质结构是有效改善光生电子-空穴分离的手段之一，本发明利用p型半导体碘氧化铋和n型半导体钼酸铋通过简单的溶剂热原位转化法得到了碘氧化铋/钼酸铋异质结构，该方法利于碘氧化铋和钼酸铋的有效接触，利于该复合光催化剂光催化性能的发挥，并且该方法简单、成本低廉，易于大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂及其制备方法，该方法工艺简单、成本低廉，合成的复合光催化剂光催化降解效果较好。
本发明提供用于降解有机污染物的碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂，其特征在于碘氧化铋与钼酸铋通过溶剂热原位转化形成异质结构，利于光生电子-空穴的分离，形成的复合光催化剂具有较宽的光谱响应范围，在可见光下具有高效的光催化活性，包括如下步骤：
(1)制备碘氧化铋：将铋盐先溶解在一定体积的醇溶液中，再将计量比的碘化物溶解在醇溶液中，将后者缓慢加入前者，搅拌0.5～1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100～180℃反应10～30h，将所得产物离心分离，并在50～80℃真空干燥，得到碘氧化铋样品；
(2)碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备：取步骤(1)制备的碘氧化铋样品0.1～1.0g加入醇溶液中超声分散0.5～1h，取一定量钼酸盐溶解于醇溶液中，然后将其缓慢加入已分散的碘氧化铋醇溶液中，搅拌0.5～1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100～180℃反应5～15h，将所得产物离心分离，并在50～80℃真空干燥，得到碘氧化铋/钼酸铋复合样品。
本发明与现有技术相比，具有显著优点：
(1)本发明采用溶剂热原位转化法制备了碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂，比传统的物理混合或表面生成的方法更加有效提高碘氧化铋与钼酸铋的有效接触，利于得到更加高效的碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂，且该方法工艺简单，易操作，成本低廉。
(2)本发明利用p型半导体碘氧化铋和n型半导体钼酸铋形成异质结构，有效加快载流子的迁移速率，并且碘氧化铋带隙较窄，能显著拓宽了复合光催化剂的光谱响应范围，使其具有更加高效的可见光催化活性。
附图说明
图1碘氧化铋和碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的扫描电子显微照片；
图2碘氧化铋和碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的X-射线衍射花样；
图3钼酸铋和碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的光催化性能测试
具体实施方式
本发明碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂，其特征在于碘氧化铋与钼酸铋通过原位转化形成异质结构，利于光生电子-空穴的分离，形成的复合光催化剂具有较宽的光谱响应范围，在可见光下具有高效的光催化活性。
本发明一种碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备碘氧化铋：将铋盐先溶解在一定体积的醇溶液中，再将计量比的碘化物溶解在醇溶液中，将后者缓慢加入前者，搅拌0.5～1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100～180℃反应10～30h，将所得产物离心分离，并在50～80℃真空干燥，得到碘氧化铋样品；
(2)碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备：取步骤(1)制备的碘氧化铋样品0.1～1.0g加入醇溶液中超声分散0.5～1h，取一定量钼酸盐溶解于醇溶液中，然后将其缓慢加入已分散的碘氧化铋醇溶液中，搅拌0.5～1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100～180℃反应5～15h，将所得产物离心分离，并在50～80℃真空干燥，得到碘氧化铋/钼酸铋复合样品。
为了更好的理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面所给出的实例。
实施方实例1：本发明一种碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备碘氧化铋：将硝酸铋先溶解在一定体积的乙二醇溶液中，再将计量比的碘化钠溶解在乙二醇溶液中，将后者缓慢加入前者，搅拌0.5h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，160℃反应15h，将所得产物离心分离，并在50℃真空干燥，得到碘氧化铋样品；
(2)碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备：取步骤(1)制备的碘氧化铋样品0.5g加入乙二醇溶液中超声分散0.5h，取0.15g钼酸钠溶解于乙二醇溶液中，然后将其缓慢加入已分散的碘氧化铋醇溶液中，搅拌1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，150℃反应10h，将所得产物离心分离，并在50℃真空干燥，得到碘氧化铋/钼酸铋复合样品。
经扫描电子显微镜对碘氧化铋和碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的形貌进行了表征，如图1所示，碘氧化铋的形貌为片组装成的松散球状结构，经过水热原位反应后得到的碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂很好的继承了碘氧化铋的形貌结构，结构较为疏松，具有较大的比表面积。对碘氧化铋和原位部分取代后和完全取代后得到的碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂和纯钼酸铋的物相进行了表征，如图2所示，所有衍射峰都可指标为碘氧化铋和钼酸铋。光催化剂的光催化性能是通过300W氙灯提供的可见光照射下降解罗丹明B(Rhodamine B，RhB)溶液来衡量的，具体的实验过程如下：称取50mg光催化剂加入浓度为10-5M的100mLRhB溶液中，将配好的溶液置于暗处搅拌分散2小时使其达到吸附平衡。然后将溶液进行光催化反应，每隔一定时间取约5mL的溶液，离心过滤掉催化剂，用紫外分光光度计来测量溶液中残留的RhB吸光度。碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的光催化性能如图3所示，其光催化性能明显优于纯碘氧化铋在可见光下的光催化性能，说明碘氧化铋和钼酸铋的复合产生了协同作用，促进了光生电子空穴的分离。
实施实例2：本发明一种碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备碘氧化铋：将氯化铋先溶解在一定体积的乙二醇溶液中，再将计量比的碘化钠溶解在乙二醇溶液中，将后者缓慢加入前者，搅拌0.5h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，160℃反应15h，将所得产物离心分离，并在50℃真空干燥，得到碘氧化铋样品；
(2)碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备：取步骤(1)制备的碘氧化铋样品0.5g加入乙二醇溶液中超声分散0.5h，取0.11g钼酸钠溶解于乙二醇溶液中，然后将其缓慢加入已分散的碘氧化铋醇溶液中，搅拌1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，150℃反应10h，将所得产物离心分离，并在50℃真空干燥，得到碘氧化铋/钼酸铋复合样品。
实施实例3：本发明一种碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备碘氧化铋：将硝酸铋先溶解在一定体积的乙二醇溶液中，再将计量比的碘化钾溶解在乙二醇溶液中，将后者缓慢加入前者，搅拌0.5h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，150℃反应15h，将所得产物离心分离，并在50℃真空干燥，得到碘氧化铋样品；
(2)碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备：取步骤(1)制备的碘氧化铋样品0.5g加入乙二醇溶液中超声分散0.5h，取0.20g钼酸钠溶解于乙二醇溶液中，然后将其缓慢加入已分散的碘氧化铋醇溶液中，搅拌1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，150℃反应10h，将所得产物离心分离，并在50℃真空干燥，得到碘氧化铋/钼酸铋复合样品。
实施实例4：本发明一种碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备碘氧化铋：将硝酸铋先溶解在一定体积的乙二醇溶液中，再将计量比的碘化钠溶解在丙三醇溶液中，将后者缓慢加入前者，搅拌0.5h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，150℃反应15h，将所得产物离心分离，并在50℃真空干燥，得到碘氧化铋样品；
(2)碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备：取步骤(1)制备的碘氧化铋样品0.5g加入丙三醇溶液中超声分散0.5h，取0.15g钼酸钠溶解于丙三醇溶液中，然后将其缓慢加入已分散的碘氧化铋醇溶液中，搅拌1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，140℃反应10h，将所得产物离心分离，并在50℃真空干燥，得到碘氧化铋/钼酸铋复合样品。
Claims (4)
1.一种碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂，属于光催化领域；其主要特征是碘氧化铋与钼酸铋通过原位转化形成异质结构，利于光生电子-空穴的分离，形成的复合光催化剂具有光谱响应范围，在可见光下具有光催化活性，所述复合光催化剂的制备包括如下步骤：
(1)制备碘氧化铋：将铋盐先溶解在一定体积的醇溶液中，再将计量比的碘化物溶解在醇溶液中，将后者缓慢加入前者，搅拌0.5～1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100～180℃反应10～30h，将所得产物离心分离，并在50～80℃真空干燥，得到碘氧化铋样品；
(2)碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂的制备：取步骤(1)制备的碘氧化铋样品0.1～1.0g加入醇溶液中超声分散0.5～1h，取一定量钼酸盐溶解于醇溶液中，然后将其缓慢加入已分散的碘氧化铋醇溶液中，搅拌0.5～1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100～180℃反应5～15h，将所得产物离心分离，并在50～80℃真空干燥，得到碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂，其特征在于步骤(1)中铋盐为硝酸铋、氯化铋中的一种，碘化物为碘化钠、碘化钾中的一种。
3.根据权利要求1所述的碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂，其特征在于步骤(2)中钼酸盐中钼元素与碘氧化铋中碘元素的摩尔比为1∶10～10∶1。
4.根据权利要求1所述的碘氧化铋/钼酸铋复合光催化剂，其特征在于步骤(1)和(2)中所述醇为乙二醇、1，2-丙二醇、丙三醇中的一种。
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