一種含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑及其制備方法技術

本申請公開了一種含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑及其制備方法，通過所述制備方法制備出含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑，由于鉍缺陷的形成，可在光催化劑的價帶與導帶之間構建一個缺陷中間能級，改變了光生電子的激發傳輸路徑，促進了光生電荷的遷移轉化，進而抑制了光生電子?空穴對的復合，采用硼氫化鈉將Bi

A Bismuth Oxide Photocatalyst with Bismuth Defects in Different Crystalline Phases and Its Preparation Method

This application discloses a bismuth oxide photocatalyst with different crystal phases containing bismuth defect and its preparation method. The bismuth oxide photocatalyst with different crystal phases containing bismuth defect is prepared by the preparation method. Due to the formation of bismuth defect, a defect intermediate level can be constructed between valence band and conduction band of the photocatalyst, which changes the excitation and transmission path of photogenerated electrons and promotes light. The migration and transformation of generated charges inhibit the recombination of photogenerated electron-hole pairs. Bi is prepared by sodium borohydride.

【技術實現步驟摘要】
一種含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑及其制備方法
本申請涉及光催化劑領域，尤其涉及一種含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑及其制備方法。
技術介紹
隨著人類科技文明的進步，工業得到了大規模的發展，汽車也越來越普及，大量的氮氧化物排放入大氣中。氮氧化物作為光化學煙霧、酸雨、臭氧層破壞的污染物，氮氧化物已成為世界各國亟待解決的大氣污染物?？梢姽怛寗拥墓獯呋瘎┓椒ㄗ鳛橐环N環境友好的綠色科技在環境污染凈化和太陽能能源轉化方面都展現出了良好的應用前景。可見光驅動的光催化劑方法能使氮氧化物在光催化劑作用下發生氧化反應，生成生成水(H2O)、硝酸鹽、亞硝酸鹽等而達到無害化，從而凈化環境。鉍系半導體光催化劑具有良好的光催化活性，可以有效地降解氮氧化物。大部分鉍系半導體光催化劑能被可見光激發，具有可見光催化活性。氧化鉍(Bi2O3)作為一種重要的半導體材料，受到外部輻射時產生的光生載流子可以與H2O和氧氣(O2)等反應生成·O2-和·OH-，具有很強的還原性和氧化性。Bi2O3具有α、β、γ等多種晶體結構，均表現出一定的光催化活性。但是，現有技術制備的鉍系光催化劑的光量子轉換效率較低，光響應范圍窄，太陽能(可見光)利用率低等問題的存在阻礙了光催化技術的應用?，F有技術制備的鉍系光催化劑不能在價帶與導帶之間構建一個缺陷中間能級，無法改變光生電子從價帶到導帶躍遷激發路徑，進而無法促進光生電子的遷移效率的提高。
技術實現思路
本申請提供了一種含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑及其制備方法，通過所述制備方法制備出含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑，由于鉍缺陷的形成，可在光催化劑的價帶與導帶之間構建一個缺陷中間能級，改變了光生電子的激發傳輸路徑，促進了光生電荷的遷移轉化，以達到提高光催化劑的光量子轉換效率，增強其可見光催化活性的目的。根據本申請第一方面示出一種含有鉍缺陷的單斜相的Bi2O3光催化劑制備方法，所述制備方法包括：步驟S101,將五水硝酸鉍溶解于稀硝酸溶液中，然后加入十六烷基溴化銨，磁力攪拌后得到所述五水硝酸鉍、所述稀硝酸溶液和所述十六烷基溴化氨的混合物溶液；步驟S102，將氫氧化鈉溶液加入到所述五水硝酸鉍、所述稀硝酸溶液和所述十六烷基溴化氨的混合物溶液中，攪拌后進行超聲離心洗滌，然后進行干燥處理，干燥處理后在馬弗爐中進行熱處理，得到淺黃色樣品；步驟S103，將所述淺黃色樣品溶解于還原劑溶液的穩定劑溶液中，磁力攪拌均勻后得到白色混合物溶液；步驟S104，將還原劑溶液的還原劑溶液滴加入所述白色混合物溶液中，室溫下再次磁力攪拌均勻后靜置沉淀，得到沉淀物；步驟S105，將得到的所述沉淀物進行超聲離心洗滌，在烘箱中進行重結晶，得到含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑。可選擇的，所述五水磷酸鉍與所述十六烷基溴化氨的質量比為2:1?？蛇x擇的，所述稀硝酸溶液與所述氫氧化鈉溶液的體積比為1:10?？蛇x擇的，所述離心洗滌包括分別先后用乙醇、去離子水各洗滌3次?？蛇x擇的，所述還原劑溶液的穩定劑溶液包括穩定劑和去離子水，所述穩定劑為聚乙烯吡咯烷酮；所述還原劑溶液的還原劑溶液包括還原劑和去離子水，所述還原劑為硼氫化鈉。本申請第二方面示出一種含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑，所述含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑在可見光照射的條件下對NO的去除率為22％-32％。本申請第三方面示出一種含有鉍缺陷的四角相的氧化鉍光催化劑制備方法，所述制備方法包括：步驟S201，將五水硝酸鉍溶解于稀硝酸溶液中，然后加入十六烷基溴化氨，磁力攪拌后得到所述五水硝酸鉍、所述稀硝酸溶液和所述十六烷基溴化氨的混合物溶液；步驟S202，將草酸加入到所述五水硝酸鉍、所述稀硝酸溶液和所述十六烷基溴化氨的混合物溶液中，攪拌后進行超聲洗滌，然后進行干燥處理，干燥處理后在馬沸爐中進行熱處理，得到黃色粉末；步驟S203，將所述黃色粉末溶解于還原劑溶液的穩定劑溶液中，磁力攪拌均勻后得到白色混合物溶液；步驟S204，將還原劑溶液的還原劑溶液滴加入所述白色混合物溶液中，室溫下再次磁力攪拌均勻后靜置沉淀，得到沉淀物；步驟S205，將得到的所述沉淀物進行超聲離心洗滌，在烘箱中進行重結晶，得到含有鉍缺陷的四角相的氧化鉍光催化劑?？蛇x擇的，所述五水磷酸鉍、所述十六烷基溴化氨、所述草酸的質量比為2:1：4。可選擇的，所述稀硝酸溶液與所述氫氧化鈉溶液的體積比為1:10。本申請第四方面示出一種含有鉍缺陷的四角相的氧化鉍光催化劑，所述含有鉍缺陷的四角相的氧化鉍光催化劑在可見光照射的條件下對NO的去除率為41％-50％。由以上技術方案可知，本申請提供了一種含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑及其制備方法，通過所述制備方法制備出含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑，拓寬了光響應范圍從而提高可見光利用率，提高了光生載流子電子-空穴有效分離。由于鉍缺陷的形成，可在光催化劑的價帶與導帶之間構建一個缺陷中間能級，改變了光生電子的激發傳輸路徑，促進了光生電荷的遷移轉化，進而抑制了光生電子-空穴對的復合，采用硼氫化鈉將Bi3+還原為Bi0，使其具備了表面等離子共振(SPR)效應，促進光生電子的遷移效率的提高，同時，所制備出的含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑也拓寬了其可見光響應范圍，相比于氧化鉍光催化劑，本申請所制備出的含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑帶邊表現出紅移，顯示出增強的可見光吸收，提高了可見光的利用率。此外，本申請實施例示出的制備方法所制備出的含有鉍缺陷的不同晶相的氧化鉍光催化劑的生產經濟成本低廉。附圖說明為了更清楚地說明本申請的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本申請實施例提供的含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑制備方法的流程圖；圖2是本申請實施例提供的含有鉍缺陷的四方相的氧化鉍光催化劑制備方法的流程圖；圖3是本申請實施例1、2、3、4制備的含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑、純單斜相氧化鉍光催化劑、含有鉍缺陷的四角相氧化鉍光催化劑和純四角相氧化鉍光催化劑的XRD圖，(XRD為X-raydiffraction的縮寫，即X射線衍射)；圖4是本申請實施例2制備的純單斜相氧化鉍光催化劑的SEM圖，(SEM為scanningelectronmicroscope的縮寫，即掃描電子顯微鏡)；圖5是本申請實施例2制備的純四方相氧化鉍光催化劑的SEM圖；圖6是本申請實施例1制備的含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑的SEM圖；圖7是本申請實施例1制備的含有鉍缺陷的四方相的氧化鉍光催化劑的SEM圖；圖8是本申請實施例4制備的純單斜相氧化鉍光催化劑的TEM圖，(TEM為transmissionelectronmicroscope的縮寫，即透射電子顯微鏡)；圖9是本申請實施例4制備的純四方相氧化鉍光催化劑的TEM圖；圖10是本申請實施例3制備的含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑的TEM圖；圖11是本申請實施例3制備的含有鉍缺陷的四方相的氧化鉍光催化劑的TEM圖；圖12是本申請實施例1制備的含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑的HRTEM圖，(HRTEM為highresolutiontra本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：步驟S101,將五水硝酸鉍溶解于稀硝酸溶液中，然后加入十六烷基溴化銨，磁力攪拌后得到所述五水硝酸鉍、所述稀硝酸溶液和所述十六烷基溴化氨的混合物溶液；步驟S102，將氫氧化鈉溶液加入到所述五水硝酸鉍、所述稀硝酸溶液和所述十六烷基溴化氨的混合物溶液中，攪拌后進行超聲離心洗滌，然后進行干燥處理，干燥處理后在馬弗爐中進行熱處理，得到淺黃色樣品；步驟S103，將所述淺黃色樣品溶解于還原劑溶液的穩定劑溶液中，磁力攪拌均勻后得到白色混合物溶液；步驟S104，將還原劑溶液的還原劑溶液滴加入所述白色混合物溶液中，室溫下再次磁力攪拌均勻后靜置沉淀，得到沉淀物；步驟S105，將得到的所述沉淀物進行超聲離心洗滌，在烘箱中進行重結晶，得到含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑。

【技術特征摘要】
1.一種含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：步驟S101,將五水硝酸鉍溶解于稀硝酸溶液中，然后加入十六烷基溴化銨，磁力攪拌后得到所述五水硝酸鉍、所述稀硝酸溶液和所述十六烷基溴化氨的混合物溶液；步驟S102，將氫氧化鈉溶液加入到所述五水硝酸鉍、所述稀硝酸溶液和所述十六烷基溴化氨的混合物溶液中，攪拌后進行超聲離心洗滌，然后進行干燥處理，干燥處理后在馬弗爐中進行熱處理，得到淺黃色樣品；步驟S103，將所述淺黃色樣品溶解于還原劑溶液的穩定劑溶液中，磁力攪拌均勻后得到白色混合物溶液；步驟S104，將還原劑溶液的還原劑溶液滴加入所述白色混合物溶液中，室溫下再次磁力攪拌均勻后靜置沉淀，得到沉淀物；步驟S105，將得到的所述沉淀物進行超聲離心洗滌，在烘箱中進行重結晶，得到含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑。2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述五水磷酸鉍與所述十六烷基溴化氨的質量比為2:1。3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述稀硝酸溶液與所述氫氧化鈉溶液的體積比為1:10。4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述離心洗滌包括分別先后用乙醇、去離子水各洗滌3次。5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述還原劑溶液的穩定劑溶液包括穩定劑和去離子水，所述穩定劑為聚乙烯吡咯烷酮；所述還原劑溶液的還原劑溶液包括還原劑和去離子水，所述還原劑為硼氫化鈉。6.一種含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光催化劑，其特征在于，所述含有鉍缺陷的單斜相的氧化鉍光...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董帆，雷奔，李宇涵，王紅，
申請(專利權)人：重慶工商大學，
類型：發明
國別省市：重慶,50