本發(fā)明涉及催化材料，尤其涉及一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氫能是替代化石能源的最理想方案之一，但受制于氫氣的儲存和生產(chǎn)。氨是一種比氫氣更優(yōu)秀的儲氫燃料，具有易液化，便于儲存和運(yùn)輸，能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。但氨的生產(chǎn)同樣面臨高成本和高能耗的問題，并且伴隨大量的溫室氣體co2排放。為實(shí)現(xiàn)以氨為載體的氫能體系，亟需開發(fā)廉價(jià)、高效、和綠色合成氨方法。利用可再生能源（太陽能，風(fēng)能等）實(shí)現(xiàn)氮?dú)猓╪2）到氨的轉(zhuǎn)化被視為前景廣闊的途徑。其中，光催化固氮以其低成本和環(huán)保優(yōu)勢受到了關(guān)注。自1975年schrauzer等首次在tio2材料上實(shí)現(xiàn)了光照下氮?dú)獾桨钡霓D(zhuǎn)化以來，盡管催化劑的效率有所提升，但離實(shí)際應(yīng)用尚遠(yuǎn)。這一現(xiàn)狀同樣適合于光催化污染物降解，研發(fā)更為高效的光催化材料始終是研究的核心目標(biāo)。

2、高效光催化材料的研發(fā)是光催化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。當(dāng)前光催化劑的設(shè)計(jì)主要集中于材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改性，但這種方法受到材料本身特性的限制。相比之下，外場耦合技術(shù)為性能提升提供了更多的可能性。當(dāng)引入熱、電、磁、微波、超聲等外場時(shí)，相應(yīng)的能量可轉(zhuǎn)移到光催化系統(tǒng)中，活化反應(yīng)分子并促進(jìn)光生載流子的分離，從而顯著提高光催化效率。近年來，超聲振動場耦合技術(shù)收到受到廣泛關(guān)注。通過介質(zhì)水的空化效應(yīng)，超聲波為催化材料提供機(jī)械沖擊力，使其發(fā)生形變并激發(fā)壓壓電場，進(jìn)而促進(jìn)光生載流子的分離，大幅提升光催化效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種催化效率高的cu2+摻雜pbbio2br催化劑；本發(fā)明還有一個(gè)目的在于提供一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的制備方法；本發(fā)明還有一個(gè)目的在于提供一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的應(yīng)用。

2、本發(fā)明提供一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑，化學(xué)組成中，cu2+與pbbio2br的摩爾比為x%，其中0.5≤x≤2。

3、進(jìn)一步的，cu2+與pbbio2br的摩爾比為1%。將cu2+摻雜的比例控制在此范圍內(nèi)，催化劑的催化效率最高。

4、進(jìn)一步的，所述催化劑的能帶間隙為2.48ev。cu2+的摻雜減小了pbbio2br的能帶間隙，提高了光吸收能力；降低了pbbio2br的功函，促進(jìn)了載流子的遷移和分離；此外還增加了pbbio2br晶格的無序性，增強(qiáng)了壓電性能。這三個(gè)方面的改變有效提高了催化劑的催化固氮效率。

5、水熱反應(yīng)是一種在高溫高壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，通常在密閉的反應(yīng)釜（如高壓釜）中進(jìn)行。這種反應(yīng)方法利用水作為溶劑，在高溫和高壓下促進(jìn)物質(zhì)的溶解、結(jié)晶、分解或合成。

6、本發(fā)明還提供一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的制備方法，包括如下步驟：

7、s1：將硝酸鉍溶于第一溶劑中，再與聚乙烯吡咯烷酮、水混合均勻；

8、s2：將步驟s1獲得的混合液與硝酸鉛、溴化鈉混合均勻；

9、s3：將步驟s2獲得的混合液與硝酸銅混合均勻，加入ph調(diào)節(jié)劑，將混合液的ph調(diào)節(jié)至11，混合均勻；

10、s4：將步驟s3獲得的混合液經(jīng)170-180℃水熱反應(yīng)10-14h，冷卻，將獲得的反應(yīng)液進(jìn)行固液分離，將固體洗滌，干燥；

11、s5：將步驟s4獲得的固體置于高溫焙燒，獲得如上文所述的cu2+摻雜pbbio2br催化劑。

12、采用的水熱結(jié)合退火法制備，工藝簡單，易于操作，適合規(guī)?；苽?；制備的cu2+摻雜pbbio2br材料同時(shí)具備光催化和振動催化性能。

13、進(jìn)一步的，ph調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉的水溶液；所述氫氧化鈉水溶液的濃度為20-30mol/l。

14、進(jìn)一步的，使用水和酒精的混合溶液對固體進(jìn)行離心洗滌；將洗滌后的固體置于55-65℃溫度下烘干10-14h。

15、進(jìn)一步的，所述步驟s1中所述第一溶劑為硝酸；所述硝酸的濃度為6mol/l。

16、進(jìn)一步的，所述硝酸鉍與所述硝酸的摩爾比為1:(1.5-2.5)。優(yōu)選的，所述硝酸鉍與所述硝酸的摩爾比為1:2。

17、進(jìn)一步的，所述硝酸鉍、所述硝酸鉛、所述溴化鈉的摩爾比為1:1:1；所述聚乙烯吡咯烷酮的添加質(zhì)量與所述硝酸鉍的摩爾比為(1.5-2.5)g:0.03mol。優(yōu)選的，所述聚乙烯吡咯烷酮的添加質(zhì)量與所述硝酸鉍的摩爾比為2g:0.03mol。

18、進(jìn)一步的，所述步驟s4中，水熱反應(yīng)中硝酸鉍的摩爾與溶液的體積比為(2.9-3.1)mmol:80ml。

19、進(jìn)一步的，所述步驟s5中，高溫焙燒的溫度為350-450℃；焙燒時(shí)間為1.5-2.5h。

20、本發(fā)明還提供一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的應(yīng)用，如上文所述的cu2+摻雜pbbio2br催化劑應(yīng)用于光催化或/和超聲催化固氮以及光催化降解rhb的反應(yīng)。

21、本發(fā)明公開的一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑，通過cu2+摻雜pbbio2br形成固溶體，改變載流子在材料體相的遷移和分離效率。此外，cu2+的摻入還可以促進(jìn)氧空位的生成，增強(qiáng)n2的吸附活化，有利于固氮反應(yīng)的進(jìn)行。本發(fā)明首次將pbbio2br應(yīng)用于光+超聲振動耦合催化固氮，成功實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)同作用。此外，cu2+摻雜pbbio2br的催化劑在光催化和超聲振動催化領(lǐng)域尚無相關(guān)報(bào)道。cu2+摻雜pbbio2br的催化劑在光催化降解染料中比純pbbio2br更為優(yōu)異。本發(fā)明從離子摻雜和超聲振動場耦合，設(shè)計(jì)出一種新型高效的光催化材料，在催化劑設(shè)計(jì)和應(yīng)用領(lǐng)域均具有顯著創(chuàng)新性。

技術(shù)特征：

1.一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑，其特征在于，化學(xué)組成中，cu2+與pbbio2br的摩爾比為x%，其中0.5≤x≤2。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑，其特征在于，cu2+與pbbio2br的摩爾比為1%。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑，其特征在于，所述催化劑的能帶間隙為2.48ev。

4.一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中所述第一溶劑為硝酸；所述硝酸的濃度為6mol/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的制備方法，其特征在于，所述硝酸鉍與所述硝酸的摩爾比為1:1.5-2.5。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的制備方法，其特征在于，所述硝酸鉍、所述硝酸鉛、所述溴化鈉的摩爾比為1:1:1；所述聚乙烯吡咯烷酮的添加質(zhì)量與所述硝酸鉍的摩爾比為1.5-2.5g:0.03mol。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，水熱反應(yīng)中硝酸鉍的摩爾與溶液的體積比為2.9-3.1mmol:80ml。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，高溫焙燒的溫度為350-450℃；焙燒時(shí)間為1.5-2.5h。

10.一種cu2+摻雜pbbio2br催化劑的應(yīng)用，其特征在于，如權(quán)利要求5-9中任一項(xiàng)所述的cu2+摻雜pbbio2br催化劑應(yīng)用于光催化或/和超聲催化固氮以及光催化降解rhb的反應(yīng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種Cu<supgt;2+</supgt;摻雜PbBiO<subgt;2</subgt;Br催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域。Cu<supgt;2+</supgt;摻雜PbBiO<subgt;2</subgt;Br催化劑，化學(xué)組成中，Cu<supgt;2+</supgt;與PbBiO<subgt;2</subgt;Br的摩爾比為x%，其中0.5≤x≤2。本發(fā)明通過Cu<supgt;2+</supgt;摻雜PbBiO<subgt;2</subgt;Br形成固溶體，改變載流子在材料體相的遷移和分離效率。此外，Cu<supgt;2+</supgt;的摻入還可以促進(jìn)氧空位的生成，增強(qiáng)N<subgt;2</subgt;的吸附活化，有利于固氮反應(yīng)的進(jìn)行。本發(fā)明首次將PbBiO<subgt;2</subgt;Br應(yīng)用于光+超聲振動耦合催化固氮，成功實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)同作用。本發(fā)明從離子摻雜和超聲振動場耦合，設(shè)計(jì)出一種新型高效的光催化材料，在催化劑設(shè)計(jì)和應(yīng)用領(lǐng)域均具有顯著創(chuàng)新性。

技術(shù)研發(fā)人員：何益明,袁書德,鄭燁康,吳瑛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19