異質結催化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種催化劑及其制備方法，具體涉及一種可見光催化活性的Bi2O3/(B1) 2C03異質結催化劑及其制備方法，屬于光催化劑技術領域。
【背景技術】
[0002]在環境污染控制領域，光催化是一種可以通過太陽能激發半導體所產生的活性自由基，來實現環境中多種有毒有害物質高效去除的新興技術，具有廣闊的應用前景。
[0003]目前，市場上應用最為成熟的光催化劑是T12，其最大的優點是穩定、無毒并且廉價易得。
[0004]然而，作為寬禁帶半導體(3.2eV)，使得1102僅能對太陽光譜中紫外光區(λ <420nm)的能量有所吸收，限制了實際應用中光催化活性的提高。為了拓寬光催化劑對可見光(420nm〈 λ <750nm)的利用，目前發展了注入金屬或非金屬摻雜、染料敏化、量子點修飾以及半導體復合異質結等方法。其中，構建異質結催化劑不僅能調控材料的光照吸收閾值，還可以通過能級差實現光生載流子的快速分離，降低電子空穴的復合程度，提高活性物種的產生及利用(Lu et al.J.Mater.Chem., 20 (2010) 831 - 843.) ο因此，開發制備過程簡便、催化活性高的異質結光催化劑具有重要的實際意義。
[0005]許多研宄表明，鉍系化合物具有較好的可見光催化活性，成為當下光催化環境領域的研宄熱點(Environ.Sc1.Technol.，43(2009)2005 - 2010.)。堿式碳酸鉍((B1)2CO3)作為鉍系化合物的一種，無毒、穩定，最初應用于醫療和保健的領域。其分子結構由Bi2O22+和CO/—層交替組成，屬于層狀即奧里維里斯化合物，具有獨特形貌，目前屬于鉍系光催化劑的研宄熱點之一。堿式碳酸鉍((B1)2CO3)帶隙范圍隨制備方法的差異在2.87到3.5eV之間浮動，因此在可見光區的催化活性有所限制。而氧化鉍(Bi2O3)則具有較窄的禁帶寬度(2.8eV)，其導電和價帶位置相對于標準氫電極(NHE)分別為+0.33和+3.13V，具有氧化水分子和氧氣產生高活性物種，如O2- ?和OH.自由基的能力。
[0006]通過復合(B1)2COjP Bi 203形成半導體異質結，將更有利于材料對太陽光的吸收以及量子產率的提高，從而進一步提升污染物去除效率。

【發明內容】

[0007]本發明的第一個目的在于提供一種可見光催化活性的Bi2O3/(B1)20)3異質結催化劑，第二個目的在于提供一種簡單且非常有效的Bi2O3/ (B1)2CO3異質結的制備方法。
[0008]為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案:
[0009]一種可見光催化活性的Bi2O3/(B1)2CO3異質結催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]Stepl:將五水合硝酸鉍與尿素混合溶于去離子水中，然后室溫攪拌30min形成前驅體溶液；或者，將檸檬酸鉍與尿素混合溶于去離子水中，室溫攪拌滴加濃氨水，然后室溫攪拌30min形成前驅體溶液；
[0011]Step2 JESkpl所得前驅體溶液轉移至有聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，于160-180°C保溫12-24h，隨爐冷卻至室溫；
[0012]Step3:將St印2得到的粉體用去離子水、無水乙醇依次洗滌，然后于80°C真空干燥，得(B1)2CO3粉末；
[0013]St印4:把St印3得到的(B1) 20)3粉末置于400-450°C下煅燒20-60min，即得到可見光催化活性的Bi2O3/(B1)20)3異質結催化劑。
[0014]前述的可見光催化活性的Bi2O3/(B1)2CO3異質結催化劑的制備方法，其特征在于，在Stepl中，前述五水合硝酸秘、尿素、去離子水之間的用量關系為2.3mmol:3.0mmol:30ml ο
[0015]前述的可見光催化活性的Bi2O3/(B1)2CO3異質結催化劑的制備方法，其特征在于，在Stepl中，前述檸檬酸鉍、尿素、濃氨水、去離子水之間的用量關系為2.5mmol:3.1mmol:10ml:30ml0
[0016]本發明的有益之處在于:
[0017](I)本發明的制備方法:先水熱處理(高壓反應釜保溫)，再經煅燒，即可得到產品，不僅操作簡單，而且設備要求低，無需各種復雜的合成裝置；
[0018](2)本發明的異質結催化劑:異質結界面的形成有利于光生電子和光生空穴的轉移及催化活性的提高，所制備的異質結催化劑具有比純Bi2O3和純(B1) 2C03更好的光催化性能。
【附圖說明】
[0019]圖1是(B1)2CO3粉體、Bi2O3粉體及Bi2O3/(B1)2CO3異質結三者的XRD測試圖譜；
[0020]圖2是(B1)2CO3粉體、Bi 203粉體及Bi 203/(B1) 2C03異質結對NO去除的去除率時間圖；
[0021]圖3是Bi2O3/(B1)2CO3異質結的XRD測試圖譜；
[0022]圖4是Bi2O3/(B1)2CO3異質結對NO去除的去除率時間圖；
[0023]圖5是Bi2O3/(B1)2CO3異質結的XRD測試圖譜；
[0024]圖6是Bi2O3/(B1)2CO3異質結對NO去除的去除率時間圖；
[0025]圖7是Bi2O3/(B1)2CO3異質結的XRD測試圖譜；
[0026]圖8是Bi2O3/(B1)2CO3異質結對NO去除的去除率時間圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。
[0028]實施例1
[0029]Stepl:將2.3mmol的五水合硝酸鉍與3.0mmol的尿素混合溶于30ml的去離子水中，室溫攪拌30min形成前驅體溶液。
[0030]St印2:把St印I所得前驅體溶液轉移至有聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，于160°C保溫12h，隨爐冷卻至室溫。
[0031]St印3:將St印2得到的粉體用去離子水、無水乙醇依次洗滌，然后于80°C真空干燥，得(B1)2CO3粉末。
[0032]St印4:把St印3得到的(B1) 20)3粉末置于400°C下煅燒60min，即得到可見光催化活性的Bi2O3/(B1)20)3異質結催化劑。
[0033]St印5:為了對比說明，把St印3得到的?丨0)20)3粉末置于500°C下煅燒4h，所得樣品為純相Bi2O3粉體。
[0034]對(B1)2CO3粉體、Bi 203粉體及Bi 203/(B1)2C03異質結三者分別進行XRD測試。測試圖譜如圖1所示。
[0035]從圖1中可以看出:
[0036](I) St印3所得到的(B1)2CO3所有的衍射峰均與數據庫JCPDS卡N0.84-1752衍射峰接近，表明Step3所得到的產物確實是(B1)2CO3;
[0037](2) St印5所得到的純Bi2O3所有的衍射峰均與數據庫JCPDS卡N0.71-465衍射峰吻合，表明St印5所得到的產物確實是Bi2O3;
[0038](3)當(B1)2CO3在400°C下煅燒時，所得到的Bi 203/(B1) 2C03異質結的衍射譜圖在27.4°、28.0°處的峰分別對應于Ct-Bi2O3的{120}和{012}晶面，表明在熱處理(煅燒)過程中發生了 (B1)2CO3向Ct-Bi2O3的轉換。
[0039]對(B1)2CO3粉體、Bi 203粉體及Bi 203/(B1)2CO3異質結三者分別進行可見光光催化活性測試，以空白體系即無催化劑體系做背景消除:
[0040]以NO為目標污染物在連續流動反應器中進行光催化降解試驗。以300W的氙燈為照射光源，通過濾光片濾掉波長λ < 400nm的光線。將包含0.2g催化劑粉末樣品的培養皿放置在具有石英玻璃視窗的連續流動反應器中，通入起始濃度為400ppb的NO。待氣流穩定后，打開氙燈測試。通過NO光學分析儀(美國熱電，model 42c)動態監測反應器中的NO濃度。以NO出口濃度與初始濃度的比率來評價光催化劑的催化性能。