CN104971753A - 一种Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合型Bi2O2CO3-BiPO4光催化剂及其制备方法，属于无机环保光催化材料技术领域。本发明的技术方案要点包括以下步骤：（1）在搅拌条件下将二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋、尿素和去离子混合均匀，再用氨水调节混合溶液的pH值为4，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；（2）将混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30分钟；（3）反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到具有高催化活性Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂。本发明制得的复合型Bi2O2CO3-BiPO4光催化剂能够有效提高光生电荷的分离效率，进而提高其光催化性能。
Description
技术领域
本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂及其制备方法。
背景技术
随着煤炭、石油等化石燃料的日益枯竭，人类正面临着巨大的能源危机，而消耗这些化石燃料的同时也带来了严重的环境污染问题。在众多治理环境污染问题所采用的技术之中，光催化降解污染物是近年来发展起来的一种节能、高效的绿色环保技术，因其具有能耗低、反应条件温和、二次污染少和设备简单等优势而成为环境治理技术中的未来之星。
在众多的光催化材料中，铋系氧化物具有催化活性高、无毒和光腐蚀性低等特性，已成为研究的热点。Bi2O2CO3是一种新型的光催化材料，其禁带宽度为3.4eV，当受到能量不低于其带隙的光照射时，会产生导带电子和价带空穴，具有较强的还原性和氧化性，能直接将有机污染物降解成无毒无害的水和二氧化碳。然而Bi2O2CO3光催化剂在使用过程中具有光生电子和空穴易复合，量子效率低，光催化活性偏低等特性，严重限制了其在工业中的应用。为了提高Bi2O2CO3光量子效率，将其与具有理想带隙的其它半导体相复合，利用两种半导体之间的能级差能使光生截流子由一种半导体微粒的能级注入到另一种半导体的能级上，使电荷有效分离，是提高Bi2O2CO3太阳能利用率和光量子效率的有效途径。BiPO4是铋系氧化物中另外一种重要的光催化材料，禁带宽度为3.85eV，其独特的晶体结构和电子结构使其具有较宽的吸收带隙和较高的光催化活性。研究表明，Bi2O2CO3光催化剂的导带电势ECB=0.16eV，价带电势EVB=3.56eV，而BiPO4光催化剂的导带电势ECB=0.43eV，价带电势EVB=4.28eV。目前，对于Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂尚未见相关报道。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种简单易行且环境友好的微波水热一锅法合成的Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂的制备方法。
本发明解决的另一个技术问题是提供了一种依据上述方法制得的光量子效率高且光催化活性好的Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种复合型Bi2O2CO3-BiPO4光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）在搅拌条件下将二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋和尿素按摩尔比0.05-0.2:1:3的比例与去离子混合均匀，再用氨水调节混合溶液的pH值为4，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；（2）将步骤（1）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30分钟；（3）反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到具有高催化活性Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂。
进一步限定，步骤（1）中所述的硝酸铋的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L。
本发明所述的通过上述制备方法制得的Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂，其中[PO4 3-]与[Bi3+]的摩尔比为0.05-0.2:1。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：在Bi2O2CO3-BiPO4复合半导体中，Bi2O2CO3的导带电势更负，光生电子容易从能级低的Bi2O2CO3导带迁移到能级高的BiPO4导带上；同时，BiPO4的价带电势更正，光生空穴容易从能级高的BiPO4价带迁移到能级低的Bi2O2CO3价带上，从而提高光生电荷的分离效率，进而提高其光催化性能。
附图说明
图1是本发明实施例2制得的Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂的X射线衍射图，图2为300W汞灯照射下，实施例2制得的Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂和纯Bi2O2CO3光催剂对罗丹明B降解情况对比曲线（操作条件：催化剂的量0.1g，罗丹明B的质量浓度5mg/L，200mL）。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
（1）在搅拌条件下将4.851g五水硝酸铋、1.802g尿素、0.312g二水合磷酸二氢钠和200mL去离子混合均匀，用氨水调节混合溶液的pH值为4，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；
（2）将步骤（1）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应30分钟；
（3）反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂。
实施例2
（1）在搅拌条件下将4.851g五水硝酸铋、1.802g尿素、0.156g二水合磷酸二氢钠和200mL去离子混合均匀，用氨水调节混合溶液的pH值为4，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；
（2）将步骤（1）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应20分钟；
（3）反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂。
图1为所制备样品的XRD图，从图中可以看出，所制备样品具有良好结晶性和较高的纯度，图2为Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂和纯Bi2O2CO3光催化剂催化活性的比较，从图中可以看出，Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂具有较高的光催化活性。
实施例3
（1）在搅拌条件下将9.702g五水硝酸铋、3.604g尿素、0.156g二水合磷酸二氢钠和200mL去离子混合均匀，用氨水调节混合溶液的pH值为4，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；
（2）将步骤（1）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于200℃微波反应10分钟；
（3）反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (3)
1.一种复合型Bi2O2CO3-BiPO4光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）在搅拌条件下将二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋和尿素按摩尔比0.05-0.2:1:3的比例与去离子混合均匀，再用氨水调节混合溶液的pH值为4，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；（2）将步骤（1）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30分钟；（3）反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到具有高催化活性Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂。
2.根据权利要求1所述的复合型Bi2O2CO3-BiPO4光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的硝酸铋的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L。
3. 一种权利要求1所述的复合型Bi2O2CO3-BiPO4光催化剂的制备方法制得的复合型Bi2O2CO3-BiPO4光催化剂，其中[PO4 3-]与[Bi3+]的摩尔比为0.05-0.2:1。
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