一種磷酸鉍復(fù)合光催化材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于無機環(huán)保催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸鉍復(fù)合光催化材料，本發(fā)明還涉及該復(fù)合光催化材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體光催化技術(shù)以其高效的特點日益受到人們的重視，用于解決環(huán)境污染問題和太陽能轉(zhuǎn)換。對于高效光催化劑的選擇是半導(dǎo)體光催化技術(shù)最重要的一個方面，目前，大約有200多種半導(dǎo)體可用于光催化反應(yīng)，但是，較低的量子效率和嚴(yán)重的光腐蝕現(xiàn)象影響了大多數(shù)光催化劑的應(yīng)用。因此，如何提高半導(dǎo)體光催化劑光生電子空穴的分離效率以抑制其快速復(fù)合是光催化技術(shù)所面臨的問題。通常情況，催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、顆粒尺寸、形貌、特定暴露晶面和表面修飾(如，貴金屬表面沉積、碳納米管修飾、石墨稀修飾以及半導(dǎo)體復(fù)合等)是提高光生電子空穴分離效率的重要途徑，但是，這些方法都是以提高光生電子的傳輸速率為基礎(chǔ)的，然而，通過提高光生空穴的迀移速率以提高光生載流子的分離效率卻被忽視。目前，改變光生空穴的迀移速率有兩種方法，第一，設(shè)計具有能帶結(jié)構(gòu)比配的半導(dǎo)體復(fù)合體系，在體系吸收光子能量被激發(fā)后，可以實現(xiàn)空穴從一種半導(dǎo)體的價帶迀移至另一種半導(dǎo)體的價帶，但是這種形式的迀移會減弱空穴的氧化能力。另一種方法是在半導(dǎo)體光催化劑表面修飾空穴捕獲劑(如Ru02、Ni0、Ir02等)，這種方法在光解水制氫的反應(yīng)中是有效的，但是在光催化降解有機物的反應(yīng)中是否有效還未見報道，因此，這類方法的應(yīng)用具有一定的局限性。開發(fā)一種新型有效的能夠促進光生空穴迀移速率的方法是提高半導(dǎo)體光催化劑光生載流子分離效率的另一個重要途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種磷酸鉍復(fù)合光催化材料，解決了現(xiàn)有都是以提高光生電子的傳輸速率為基礎(chǔ)的，然而通過提高光生空穴的迀移速率以提高光生載流子的分離效率卻被忽視的問題。
[0004]本發(fā)明的另一個目的是提供一種磷酸鉍復(fù)合光催化材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種磷酸鉍復(fù)合光催化材料，以氮化硼納米片為催化劑載體，將磷酸鉍負載于氮化硼納米片上，其中氮化硼納米片和磷酸鉍的摩爾比為1:
0.01?0.6o
[0006]本發(fā)明所采用的另一個技術(shù)方案是，一種磷酸鉍復(fù)合光催化材料的制備方法，將五水硝酸鉍溶解于濃度為10 %的硝酸溶液，然后加入氮化硼納米片和水溶性磷酸鹽得到混合溶液，將混合溶液超聲攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，并置于烘箱中進行水熱反應(yīng)后自然冷卻至室溫，將得到的產(chǎn)物離心分離洗滌，干燥，得到磷酸鉍復(fù)合光催化材料。
[0007]本發(fā)明的特點還在于，
[0008]五水硝酸鉍和硝酸的質(zhì)量比為1:40?100。
[0009]氮化硼納米片、五水硝酸鉍的摩爾比為1:0.01?0.6。
[0010]五水硝酸鉍和水溶性磷酸鹽中磷酸根的摩爾比為I: I。
[0011 ]水溶性磷酸鹽為磷酸氫鈉、磷酸鈉和磷酸氫二鈉中的一種或多種組合物。
[0012]水熱反應(yīng)溫度為120?220°C，時間為5?30h。
[0013]氮化硼納米片通過以下方式得到:將六方氮化硼粉體、硝酸鈉和濃硫酸混合后置于冰水浴中攪拌均勻，加入高錳酸鉀持續(xù)攪拌反應(yīng)8?24h，再加入雙氧水持續(xù)攪拌反應(yīng)0.5?Ih后在3000rpm條件下離心1min，將上層懸浮液用微孔抽濾，去離子水洗滌至中性，干燥后得到氮化硼納米片。
[0014]六方氮化硼粉體、硝酸鈉和濃硫酸質(zhì)量比為1:0.5?1:30?60。
[0015]六方氮化硼和高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:0.5?I。
[0016]高錳酸鉀和雙氧水的質(zhì)量比為1:8?16。
[0017]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明磷酸鉍復(fù)合光催化材料，利用氮化硼納米片表面存在的氮空位導(dǎo)致其具有一定的電負性，將光照激發(fā)后磷酸鉍價帶的光生空穴吸引以促進空穴的迀移，進而提高光生載流子的迀移效率;此外，氮化硼納米片大的比表面積有利于增加復(fù)合體系的吸附性能，這些對于光催化效率的提高都是有利的。
[0018]本發(fā)明磷酸鉍復(fù)合光催化材料的制備方法，過程簡單，反應(yīng)條件溫和，合成效率高，成本低。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0020]本發(fā)明一種磷酸鉍復(fù)合光催化材料，以氮化硼納米片為催化劑載體，將磷酸鉍負載于氮化硼納米片上，其中氮化硼納米片和磷酸鉍的摩爾比為1:0.01?0.6。
[0021]氮化硼具有與石墨相似的結(jié)構(gòu)，但是與石墨相比，氮化硼還具有很多優(yōu)異的物理化學(xué)特性，如耐高溫、高導(dǎo)熱、優(yōu)異的電學(xué)性能、良好的高溫穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性等。層狀氮化硼納米片表面由于存在氮空位會導(dǎo)致其具有一定的電負性，如果以氮化硼納米片作為光催化劑載體，將半導(dǎo)體光催化劑負載于氮化硼納米片上，體系受光照激發(fā)后，氮化硼納米片表面的電負性會吸引半導(dǎo)體價帶的光生空穴以促進空穴的迀移，進而提高光生載流子的迀移效率。此外，氮化硼納米片大的比表面有利于增加復(fù)合體系的吸附性能，這些對于光催化效率都是有利的。
[0022]上述磷酸鉍復(fù)合光催化材料的制備方法，具體按照以下步驟實施:
[0023]步驟I，將六方氮化硼粉體、硝酸鈉和濃硫酸按照質(zhì)量比為1:0.5?1:30?60混合后置于冰水浴中攪拌均勻，加入高錳酸鉀持續(xù)攪拌反應(yīng)8?24h，六方氮化硼和高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:0.5?I，再加入雙氧水(高錳酸鉀和雙氧水的質(zhì)量比為1:8?16)持續(xù)攪拌反應(yīng)
0.5?Ih后在3000rpm條件下離心1min，將上層懸浮液用微孔抽濾，去離子水洗滌至中性，干燥后得到氮化硼納米片；
[0024]步驟2，將五水硝酸鉍溶解于濃度為10 %的硝酸溶液，五水硝酸鉍和硝酸的質(zhì)量比為1:40?100，然后加入氮化硼納米片和水溶性磷酸鹽得到混合溶液，氮化硼納米片、五水硝酸鉍的摩爾比為1: 0.01?0.6，五水硝酸鉍和水溶性磷酸鹽中磷酸根的摩爾比為1:1 (水溶性磷酸鹽為磷酸氫鈉、磷酸鈉和磷酸氫二鈉中的一種或多種組合物)，將混合溶液超聲攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，并置于烘箱中加熱至120?220°C水熱處理5?30h后自然冷卻至室溫，將得到的產(chǎn)物離心分離洗滌，干燥，得到磷酸鉍復(fù)合光催化材料。
[0025]實施例1
[0026]步驟I，將Ig六方氮化硼粉體、0.5g硝酸鈉和30g濃硫酸混合后置于冰水浴中攪拌均勻，加入0.5g高錳酸鉀持續(xù)攪拌反應(yīng)8h，再加入4g雙氧水持續(xù)攪拌反應(yīng)0.5h后在3000rpm條件下離心lOmin，將上層懸浮液用微孔抽濾，去離子水洗滌至中性，60°C干燥12h后得到氮化硼納米片；
[0027]步驟2，將0.49g五水硝酸祕溶解于19.6g濃度為10 %的硝酸溶液，然后加入2.48g氮化硼納米片和0.14g磷酸氫鈉得到混合溶液，將混合溶液超聲攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，并置于烘箱中加熱至120°C水熱處理5h后自然冷卻至室溫，將得到的產(chǎn)物離心分離洗滌，于80 0C干燥12h，得到磷酸鉍復(fù)合光催化材料。