CN112892523B - 一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法和应用,属于纳米材料制备和光催化环境能源及污染物治理技术领域。它包括二维纳米片M1和二维纳米片M2,M1和M2呈层状分布,且两者之间具有异质结;所述M1中含有Ti元素;所述M2的化学式为AlBmOn;其中A为化合价大于1的金属元素,B为V B族或VI B族元素,O为氧元素,l为1~4,m为0.36~2,n为3~12;所述异质结光催化剂中价带位置>2.38eV,导带位置<0.046eV,能够同时产生·OH和·O2 ‑自由基。本发明能够有效促进异质结界面内的电荷转移,进一步促进光生电荷分离,从而增强异质结材料的光催化降解污染物的能力,其中TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂降解阿莫西林的效率可达94.1%。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备和光催化环境能源及污染物治理技术领域,更具体地说,涉及一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
近年来,现代工业化的迅猛发展带来了日益突出的环境污染及能源短缺问题。光催化技术基于半导体及其衍生材料为媒介,以太阳能为驱动,由于其具有无污染、经济、高效等优点,正成为热门的研究方向之一。在该领域的现有技术中,光催化剂大多采用复合材料,而其复合所制备出的结构大多为微球形或纤维状,然而该类材料具有不可避免的缺陷:(1)单体易堆积、团聚,使得比表面积减小,活性位点屏蔽;(2)光生电子空穴分离效率不佳,严重限制了材料的光催化活性。
经检索,中国发明专利CN111215119A公开了一种表面分散型纳米钼酸铋复合光催化材料的制备方法,其具体公开了:以含聚丙烯腈的混合物制备含钛前驱体溶液,利用静电纺丝装置制备含钛纤维,干燥后置于马弗炉中煅烧,获得具有粗糙表面形貌的二氧化钛纳米纤维;然后分散于二水钼酸钠与五水硝酸铋的乙二醇、无水乙醇中,进行水热反应;反应结束后离心、收集、洗涤沉淀,干燥即获得产品。该发明通过将钼酸铋纳米颗粒在二氧化钛粗糙纤维表面弥散生长形成的三维分等级结构,虽然可以部分促进吸附和光化学反应,但是该结构依然限制了复合材料的光催化性能。
因此,目前亟需设计一种异质结光催化剂或其制备方法,以提升光生载流子的寿命,进而促进光生电子和空穴的快速分离,从而增强异质结材料的光催化降解污染物的能力。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中光催化剂的光催化性能较低、对于污染物的降解能力较弱的问题,本发明提供一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法和应用,通过合理选材和设置异质结材料的结构,从而有效解决光催化剂的光催化性能较低、对于污染物的降解能力较弱的问题。
2.技术方案
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
本发明的一种具有高催化活性的异质结光催化剂,包括二维纳米片M1和二维纳米片M2,M1和M2呈层状分布,且两者之间具有异质结;所述M1中含有Ti元素;所述M2的化学式为AlBmOn;其中A为化合价大于1的金属元素,B为V B族或VI B族元素,O为氧元素,l为1~4,m为0.36~2,n为3~12;所述异质结光催化剂中能级最低的价带能量>2.38eV,或者能级最高的导带能量<0.046eV。
优选地,所述M1为TiO2,其厚度为1.3nm~16nm。
优选地,所述M2为Bi2MoO6,其厚度为2.3nm~25nm。
优选地,所述二维纳米片TiO2和二维纳米片Bi2MoO6的质量比为(1~300):(400~800)。
优选地,所述异质结催化剂的带隙能量为2.40eV~3.50eV。
本发明的一种光催化剂的制备方法,所述光催化剂为本发明中的一种具有高催化活性的异质结光催化剂,其具体制备步骤为:
(1)先制备出二维纳米片TiO2;
(2)将二维纳米片TiO2和Bi3+盐超声分散于超纯水中得到分散液X,将MoO6 -6盐和表面活性剂超声分散于超纯水中得到分散液Y;
(3)将分散液X滴入分散液Y中反应得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂。
优选地,所述(1)步骤中二维纳米片TiO2的制备方法为:
将四氯化钛加入到乙二醇中,搅拌均匀至完全溶解后,所得混合溶液转移到水热反应釜中,经过恒温反应后将所得产物用超纯水和无水乙醇洗涤,离心后真空干燥,得到二维纳米片TiO2;其中四氯化钛和乙二醇的体积比为(0.1~5):(3~150);所述恒温反应的温度为120℃~180℃,反应时间为3h~6h。
优选地,所述(2)步骤的分散液X中二维纳米片TiO2、Bi3+盐和超纯水的质量比为(0.01~0.3):(0.1~5):(5~60);和/或分散液Y中的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵,MoO6 -6盐、十六烷基三甲基溴化铵和超纯水的质量比为(0.05~0.6):(0.005~0.4):(5~60);和/或所述超声时间为0.1h~1.5h。
优选地,所述(3)步骤中分散液X的滴入速度为0.2~2.0mL/min,在该滴速下有利于Bi2MoO6在TiO2的表面与其平行生长,从而制备出二维纳米片型的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂;
和/或所述分散液X和分散液Y在不锈钢高压反应釜中进行恒温热反应,反应结束后自然冷却至室温,对所得的沉淀物离心分离,然后用超纯水和无水乙醇洗涤1~6次,真空干燥,得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂;其中反应温度为80℃~160℃,反应时间为18h~36h。
本发明还提供一种光催化剂的应用,所述光催化剂为本发明中的异质结光催化剂,可用于降解抗生素。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明的一种具有高催化活性的异质结光催化剂,包括二维纳米片M1和二维纳米片M2,M1和M2呈层状分布,且两者之间具有异质结;所述M1中含有Ti元素;所述M2的化学式为AlBmOn;其中A为化合价大于1的金属元素,B为V B族或VI B族元素,O为氧元素,l为1~4,m为0.36~2,n为3~12;所述异质结光催化剂中能级最低的价带位置>2.38eV,或者能级最高的导带能量<0.046eV,能够同时产生·OH和·O2 -自由基;将二维纳米片M2平行生长在二维纳米片M1上,首先可以抑制二维纳米片之间的聚集,从而提高整个体系的比表面积和活性位点,有利于材料表面的物质传递和光催化反应的进行;其次,二维纳米片的结构可以使得两种材料之间接触的面积增大,从而有效缩短了电荷转移的距离,可以为异质结界面的电荷转移提供基础;最后,由于两种材料的费米能级的差异而形成的内建电场,可能为电荷分离提供驱动力,促进异质结界面内的电荷转移,进一步促进光生电荷分离,从而增强异质结材料的光催化降解污染物的能力。
(2)本发明的一种具有高催化活性的异质结光催化剂,所述M1为TiO2,其厚度为1.3nm~16nm,所述M2为Bi2MoO6,其厚度为2.3nm~25nm,所述二维纳米片TiO2和二维纳米片Bi2MoO6的质量比为(1~300):(400~800),所述异质结催化剂的带隙能量为2.40eV~3.50eV;通过上述设置,得到的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂具有优异的光催化降解阿莫西林的效率,其降解效率可达94.1%。
(3)本发明的一种光催化剂的制备方法,所述光催化剂为本发明中的一种具有高催化活性的异质结光催化剂,其具体制备步骤为:1)先制备出二维纳米片TiO2;2)将二维纳米片TiO2和Bi3+盐超声分散于超纯水中得到分散液X,将MoO6 -6盐和表面活性剂超声分散于超纯水中得到分散液Y;3)将分散液X滴入分散液Y中反应得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂;通过上述制备方法,能够使得Bi2MoO6在TiO2的表面与其平行生长,从而制备出二维纳米片型的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂。
附图说明
图1为本发明的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的原子力显微镜图;
图2为本发明的二维纳米片TiO2的原子力显微镜图;
图3为本发明的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的透射电镜图;
图4为本发明的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的高倍透射电镜图像;
图5为本发明的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的元素mapping图像;
图6为本发明的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的X射线衍射图;
图7为本发明的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的X射线光电子能谱;
图8为本发明的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的光电流谱;
图9为本发明的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的阻抗图;
图10为氙灯照射下TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂对阿莫西林光催化降解效果图;
图11为本发明的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的循环稳定性效果图;
图12为本发明的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的光催化反应机理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴;除此之外,本发明的各个实施例之间并不是相互独立的,而是可以进行组合的。
本发明中所制备的光催化剂的光催化降解的活性评价:在南京胥江限机电厂生产的光化学反应仪中进行,用500W的氙灯作为光源(波长范围为190~1100nm);20mg催化剂分散于50mL 20mg/L阿莫西林溶液中;开灯后,每20分钟抽取样品离心后通过高效液相色谱测定其中阿莫西林浓度。
实施例1
本实施例提供一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法,该异质结光催化剂中TiO2和Bi2MoO6的质量比为20:451.6,即为本发明中的TNBM-20,其具体制备方法如下:
(1)将0.8mL四氯化钛加入到20mL乙二醇溶液中,搅拌均匀至完全溶解后,所得混合溶液转移到水热反应釜中,密封反应釜后,置于160℃烘箱中进行水热处理3h。反应结束后,对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤,离心后真空干燥,得到TiO2纳米片。
(2)取0.025g超薄TiO2纳米片和0.609g硝酸铋于25mL水溶液中,超声分散0.5h,得到分散液X;取0.151g钼酸钠和0.051g十六烷基三甲基溴化铵于25mL水溶液中,超声分散0.5h,得到分散液Y。
(3)将分散液X以1.0mL/min速度滴入分散液Y中,滴完搅拌均匀,将反应物混合均匀后将混合溶液经水热处理后,转入水热反应釜中,120℃恒温热反应,反应24h后自然冷却至室温,将所得的沉淀物离心分离,用超纯水和无水乙醇洗涤6次,真空干燥,即得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂。
图10中的TNBM-20为本实施例制备的光催化剂在氙灯照射下对阿莫西林光催化降解效果图,由图可知,在100min时间段内其光催化降解效率达到62.4%。(TNBM-X,X代表将不同体积的反应体系按浓度换算成体积为40mL时,TiO2纳米片添加量为Xmg。)
实施例2
本实施例提供一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法,该异质结光催化剂中TiO2和Bi2MoO6的质量比为40:451.6,即为本发明中的TNBM-40,其具体制备方法如下:
(1)将2.5mL四氯化钛加入到35mL乙二醇溶液中,搅拌均匀至完全溶解后,所得混合溶液转移到水热反应釜中,密封反应釜后,置于175℃烘箱中进行水热处理5.5h。反应结束后,对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤,离心后真空干燥,得到TiO2纳米片。
(2)取0.04g超薄TiO2纳米片和0.926g硝酸铋于38mL水溶液中,超声分散1.0h,得到分散液X;取0.0230g钼酸钠和0.18g十六烷基三甲基溴化铵于38mL水溶液中,超声分散1.0h,得到分散液Y。
(3)将分散液X以0.4mL/min速度分散液Y中,滴完搅拌均匀,将反应物混合均匀后将混合溶液经水热处理后,转入水热反应釜中,100℃恒温热反应,反应34h后自然冷却至室温,将所得的沉淀物离心分离,用超纯水和无水乙醇洗涤4次,真空干燥,即得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂。
图10中的TNBM-40为本实施例制备的光催化剂在氙灯照射下对阿莫西林光催化降解效果图,由图可知,在100min时间段内其光催化降解效率达到84.1%%。(TNBM-X,X代表将不同体积的反应体系按浓度换算成体积为40mL时,TiO2纳米片添加量为Xmg。)
实施例3
本实施例提供一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法,该异质结光催化剂中TiO2和Bi2MoO6的质量比为120:451.6,即为本发明中的TNBM-120,其具体制备方法如下:
(1)将4.0mL四氯化钛加入到80mL乙二醇溶液中,搅拌均匀至完全溶解后,所得混合溶液转移到水热反应釜中,密封反应釜后,置于135℃烘箱中进行水热处理4.8h。反应结束后,对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤,离心后真空干燥,得到TiO2纳米片。
(2)取0.270g超薄TiO2纳米片和1.097g硝酸铋于45mL水溶液中,超声分散0.3h,得到分散液X;取0.272g钼酸钠和0.24g十六烷基三甲基溴化铵于45mL水溶液中,超声分散0.3h,得到分散液Y。
(3)将分散液X以1.9mL/min速度滴入分散液Y中,滴完搅拌均匀,将反应物混合均匀后将混合溶液经水热处理后,转入水热反应釜中,155℃恒温热反应,反应30h后自然冷却至室温,将所得的沉淀物离心分离,用超纯水和无水乙醇洗涤5次,真空干燥,即得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂。
图10中的TNBM-120为本实施例制备的光催化剂在氙灯照射下对阿莫西林光催化降解效果图,由图可知,在100min时间段内其光催化降解效率达到79.7%。(TNBM-X,X代表将不同体积的反应体系按浓度换算成体积为40mL时,TiO2纳米片添加量为Xmg。)
实施例4
本实施例提供一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法,该异质结光催化剂中TiO2和Bi2MoO6的质量比为200:451.6,即为本发明中的TNBM-200,其具体制备方法如下:
(1)将3.2mL四氯化钛加入到68mL乙二醇溶液中,搅拌均匀至完全溶解后,所得混合溶液转移到水热反应釜中,密封反应釜后,置于148℃烘箱中进行水热处理3.6h。反应结束后,对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤,离心后真空干燥,得到TiO2纳米片。
(2)取0.100g超薄TiO2纳米片和0.244g硝酸铋于10mL水溶液中,超声分散0.8h,得到分散液X;取0.061g钼酸钠和0.39g十六烷基三甲基溴化铵于10mL水溶液中,超声分散0.8h,得到分散液Y。
(3)将分散液X以0.75mL/min速度滴入分散液Y中,滴完搅拌均匀,将反应物混合均匀后将混合溶液经水热处理后,转入水热反应釜中,110℃恒温热反应,反应28h后自然冷却至室温,将所得的沉淀物离心分离,用超纯水和无水乙醇洗涤2次,真空干燥,即得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂。图10中的TNBM-200为本实施例制备的光催化剂在氙灯照射下对阿莫西林光催化降解效果图,由图可知,在100min时间段内其光催化降解效率达到73.5%。(TNBM-X,X代表将不同体积的反应体系按浓度换算成体积为40mL时,TiO2纳米片添加量为Xmg。)
实施例5
本实施例提供一种具有高催化活性的异质结光催化剂及其制备方法,该异质结光催化剂中TiO2和Bi2MoO6的质量比为80:451.6,即为本发明中的TNBM-80,其具体制备方法如下:
(1)将5.0mL四氯化钛加入到140mL乙二醇溶液中,搅拌均匀至完全溶解后,所得混合溶液转移到水热反应釜中,密封反应釜后,置于120℃烘箱中进行水热处理5h。反应结束后,对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤,离心后真空干燥,得到TiO2纳米片。
(2)取0.208g超薄TiO2纳米片和1.266g硝酸铋于52mL水溶液中,超声分散1.2h,得到分散液X;取0.315g钼酸钠和0.065g十六烷基三甲基溴化铵于52mL水溶液中,超声分散1.2h,得到分散液Y。
(3)将分散液X以1.1mL/min速度滴入分散液Y中,滴完搅拌均匀,将反应物混合均匀后将混合溶液经水热处理后,转入水热反应釜中,95℃恒温热反应,反应20h后自然冷却至室温,将所得的沉淀物离心分离,用超纯水和无水乙醇洗涤3次,真空干燥,即得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂。
图10中的TNBM-80为本实施例制备的光催化剂在氙灯照射下对阿莫西林光催化降解效果图,由图可知,在100min时间段内其光催化降解效率达到94.1%。(TNBM-X,X代表将不同体积的反应体系按浓度换算成体积为40mL时,TiO2纳米片添加量为Xmg。)
如图10所示,将实施例1~5的TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂对阿莫西林光催化降解的效率进行对比可以发现,实施例5中的TNBM-80降解效果最佳,在100min时间段内其光催化降解效率达到94.1%;为了表征其循环稳定性能,如图8所示对其进行了光电流响应测试,从图中可以看到稳定的光电流响应,另外如图11所示,在测试前后分别对其进行了XRD测试,从图中可以看到TNBM-80衍射峰的位置基本未发生偏移,表明其晶格结构未发生改变,具有较高的稳定性。
除此之外,本发明还针对该TNBM-80进行了一系列形貌的表征,如:
图1和图2分别为TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂和二维纳米片TiO2的原子力电镜图,从图中可以看到,二维纳米片TiO2呈明显的二维片状结构,厚度为1.5nm左右;而二维纳米片Bi2MoO6纳米片厚度为2.5nm,紧紧粘在超薄TiO2纳米片上,说明两者之间的片贴片异质结构构建成功。
图3和图4分别为为TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的透射电镜图和HRTEM图,同样地由TEM图可以清晰地看到该催化剂为两层结构,另外由HRTEM可以判断这两种物质分别为TiO2和Bi2MoO6,该结果与AFM的结果一致;从图5的元素mapping图像可以看到该催化剂中含有Ti、O、Bi和Mo四种元素构成,充分说明了TiO2和Bi2MoO6得到了有效的复合。
对比例1
本对比例提供一种光催化剂,该催化剂为TiO2纳米片;本对比例作为基础对照试验,直接对TiO2纳米片进行测试,并与实施例5中的TNBM-80进行对比。
对比例2
本对比例提供一种光催化剂,该催化剂为Bi2MoO6纳米片;本对比例作为基础对照试验,直接对Bi2MoO6纳米片进行测试,并与实施例5中的TNBM-80进行对比。
对比例3
本对比例提供一种光催化剂,该催化剂为TiO2纳米片和Bi2MoO6纳米片的物理混合物;本对比例作为基础对照试验,直接对该混合物进行测试,并与实施例5中的TNBM-80进行对比。
如图10所示,对比例1~3所提供的光催化剂分别进行光催化降解阿莫西林的测试,并与TNBM-80对比,从图中可以看到,对比例1的TiO2纳米片在100min时间段内光催化降解效率最高为34.0%,对比例2的Bi2MoO6纳米片在100min时间段内光催化降解效率最高为43.3%,对比例3的TiO2纳米片和Bi2MoO6纳米片的物理混合物在100min时间段内光催化降解效率最高为56.7%;由此可见,对于TiO2纳米片、Bi2MoO6纳米片以及TiO2纳米片和Bi2MoO6纳米片的物理混合物,其降解性能均不如TNBM-80,这表明将TiO2纳米片和Bi2MoO6纳米片进行本发明的复合能够有效提升其光催化性能。
除此之外,本发明还将TiO2纳米片、Bi2MoO6纳米片和TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂进行了XRD图谱(图6)对比和XPS图谱(图7)对比,从图中可以看到,TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂中出现明显了TiO2与Bi2MoO6的特征峰,而XPS中能清晰的观察到归属于Ti、O、Bi、Mo元素的特征峰,证明了在复合光催化剂中TiO2与Bi2MoO6的存在,两者复合成功;另外,从光电流图(图8)及阻抗图(图9)中可以看到,TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂相比于单体TiO2和Bi2MoO6,出现了光电流强度的增强和阻抗减小的明显现象,说明复合后的催化剂的光生-电子空穴对复合率降低,这也是TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂的光催化降解性能提升的原因;从图12的催化反应机理图中可以看到,氧化反应发生在TiO2的价带上,环宇反应发生在Bi2MoO6的导带上,因此能够同时产生·OH和·O2 -自由基。
对比例4
本对比例提供一种TiO2/Bi2MoO6异质结微球光催化剂及其制备方法,该催化剂与实施例5的主要区别在于两者的结构不同,该对比例的催化剂为微球形,其具体制备方法如下:
将1.44g硫酸钛和0.22g氟化铵溶解在60mL去离子水中,搅拌均匀后转移至反应釜中,进行160℃水热反应12h。对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤,离心后真空干燥24h,最后在350℃在空气中煅烧1h,得到TiO2单体。
0.364g五水合硝酸铋和0.061g钼酸钠分别溶解在7.5mL乙二醇,搅拌均匀后将两种溶液混合。随后,将45mL含0.034gTiO2单体的乙醇溶液缓慢加入到上述混合溶液中,搅拌、超声分散后,转移至反应釜中,于160℃反应12h。对所得产物反复用超纯水和无水乙醇洗涤,离心后真空干燥24h,得到TiO2/Bi2MoO6异质结微球光催化剂。
为了验证本发明方法制备的二维纳米片型的TiO2/Bi2MoO6异质结催化剂更为优异的光催化降解性能,进行了实施例5和对比例1光催化降解对比测试。
结果发现,对比例1得到的TiO2/Bi2MoO6催化剂在与实施例4中在相同实验条件下,100min对阿莫西林的降解率仅为72.3%。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是,应当理解,可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的,而不是限制性的,如果存在任何这样的修改和变型,那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外,背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义,并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地,尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例,但是本发明并不局限于这些实施例,而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释,且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例,这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此,本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定,而不是由上文给出的说明和示例来确定。
Claims (7)
1.一种具有高催化活性的异质结光催化剂,其特征在于,包括二维纳米片M1和二维纳米片M2,M1和M2呈层状分布,且两者之间具有异质结;
所述M1为TiO2,其厚度为1.3nm~16nm;
所述M2为Bi2MoO6,其厚度为2.3nm~25nm;
所述异质结光催化剂中能级最低的价带位置>2.38 eV,或者能级最高的导带能量<0.046 eV;
异质结光催化剂的具体制备步骤为:
(1)先制备出二维纳米片TiO2:将四氯化钛加入到乙二醇中,搅拌均匀至完全溶解后,所得混合溶液转移到水热反应釜中,经过恒温反应后将所得产物用超纯水和无水乙醇洗涤,离心后真空干燥,得到二维纳米片TiO2;其中四氯化钛和乙二醇的体积比为(0.1~5):(3~150);所述恒温反应的温度为120℃~180℃,反应时间为3h~6h;
(2)将二维纳米片TiO2和Bi3+盐超声分散于超纯水中得到分散液X,将MoO6 6-盐和表面活性剂超声分散于超纯水中得到分散液Y;
(3)将分散液X滴入分散液Y中反应得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种具有高催化活性的异质结光催化剂,其特征在于,所述二维纳米片TiO2和二维纳米片Bi2MoO6的质量比为(1~300):(400~800)。
3.根据权利要求1所述的一种具有高催化活性的异质结光催化剂,其特征在于,所述异质结催化剂的带隙能量为2.40 eV~ 3.50 eV。
4.一种光催化剂的制备方法,其特征在于,所述光催化剂为权利要求1~3任一项所述的一种具有高催化活性的异质结光催化剂,其具体制备步骤为:
(1)先制备出二维纳米片TiO2:将四氯化钛加入到乙二醇中,搅拌均匀至完全溶解后,所得混合溶液转移到水热反应釜中,经过恒温反应后将所得产物用超纯水和无水乙醇洗涤,离心后真空干燥,得到二维纳米片TiO2;其中四氯化钛和乙二醇的体积比为(0.1~5):(3~150);所述恒温反应的温度为120℃~180℃,反应时间为3h~6h;
(2)将二维纳米片TiO2和Bi3+盐超声分散于超纯水中得到分散液X,将MoO6 6-盐和表面活性剂超声分散于超纯水中得到分散液Y;
(3)将分散液X滴入分散液Y中反应得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂。
5.根据权利要求4所述的一种光催化剂的制备方法,其特征在于,所述(2)步骤的分散液X中二维纳米片TiO2、Bi3+盐和超纯水的质量比为(0.01~0.3):(0.1~5):(5~60);
和/或分散液Y中的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵,MoO6 6-盐、十六烷基三甲基溴化铵和超纯水的质量比为(0.05~0.6):(0.005~ 0.4):(5~60);
和/或所述超声时间为0.1h~1.5h。
6.根据权利要求4所述的一种光催化剂的制备方法,其特征在于,所述(3)步骤中分散液X的滴入速度为0.2 ~ 2.0 mL/min;
和/或所述分散液X和分散液Y在不锈钢高压反应釜中进行恒温热反应,反应结束后自然冷却至室温,对所得的沉淀物离心分离,然后用超纯水和无水乙醇洗涤1~6次,真空干燥,得到TiO2/Bi2MoO6异质结光催化剂;其中反应温度为80℃~160℃,反应时间为18h~36h。
7.一种光催化剂的应用,其特征在于,所述光催化剂为权利要求1~3任一项所述的异质结光催化剂,用于降解抗生素。
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