一种Bi2S3-BiOI异质结光催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及光催化剂，尤其涉及一种bi2s3-bioi异质结光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、cr(vi)是一种常见的重金属污染物，具有较高的毒性和生物积累性，并且它具有致癌性，对人类健康会构成严重的威胁。为此，研究人员开发了一系列物理和化学方法，包括离子交换、化学沉淀、电还原和膜分离，用于从工业废水中去除cr(vi)。但这些方法大多存在效率低、成本高、产生二次污染、无法去除微量污染物等缺点，限制了其实际应用。

2、光催化技术因其不消耗化学试剂、无毒、选择性好、效率高等优点，是当前去除cr(vi)最有前途的方法之一。金属硫化物，如cds、mos2和bi2s3等光催化剂，被广泛的研究用于去除重金属离子，并且展现出良好的还原能力。在这当中，bi2s3由于其可对整个可见光区域响应，以及高效的电子转移能力，在光催化还原重金属方面显示出很高的应用潜力。然而，单一的金属硫化物稳定性较差，且光生电子-空穴会发生快速复合的现象，因此不适合直接使用。而设计异质结结构是克服这些缺点的良好策略。现有技术中夏等人合成了一种新型cds/zno异质结，其光催化活性和稳定性比纯zno和cds高得多，在可见光下可以去除96.5％的cr(vi)。rapti等报道了mos2/g-c3n4异质结光催化剂可高效还原cr(vi)，其光催化能力和稳定性均优于mos2和g-c3n4。

3、在新型bi基半导体材料中，bioi其独特的分层结构使其内部形成了静电场，加速了光生载流子的分离，表现出优异的光电性能。此外，研究表明，bioi与其它半导体结合形成的异质结结构可以促进电子与空穴的分离，降低电子空穴复合率，有效提高光催化活性。例如，jiang等合成了一种bi2o3-bioi异质结，发现在降解亚甲基蓝时，由于异质结中电子-空穴对的高效分离，其光催化活性高于单一的bioi和bi2o3。lu等人合成了bi2wo6-bioi异质结光催化剂，其光催化降解四环素的效率分别是bioi和bi2wo6的2.474和1.916倍。因此，我们提出bi2s3-bioi异质结也可以作为一种高效的光催化剂。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对现有技术存在的缺点，本发明提供一种bi2s3-bioi异质结光催化剂及其制备方法和应用，该bi2s3-bioi异质结光催化剂，对cr(vi)表现出优异的光催化还原能力，并且具有良好的稳定性和重复利用性，重复利用5次后仍能有效去除水中的cr(vi)。

2、技术方案：一种bi2s3-bioi异质结光催化剂的制备方法，步骤如下：

3、步骤一，bioi催化剂的合成：

4、首先在烧杯中加入bi(no3)3@5h2o和去离子水，磁力搅拌得到白色的悬浮液，接着在烧杯中加入ki，磁力搅拌后在超声波下震荡，用naoh溶液调节悬浮液的ph值为4-10，然后将悬浮液转移至水热反应釜中，在160℃下保持12h后，冷却降温，将沉淀离心分离，洗涤，干燥，即得bioi催化剂，其中bi(no3)3·5h2o与ki的摩尔比为1∶1，1mmol的bi(no3)3·5h2o对应15ml去离子水；

5、步骤二，bi2s3-bioi异质结光催化剂的合成：

6、首先在烧杯中加入步骤一制备得到的bioi催化剂和去离子水搅拌，得到悬浮液状态的混合物a，同时，在另一烧杯中加入na2s2o3 5h2o和去离子水搅拌，得到液体状态的混合物b，将混合物b倒入混合物a中，搅拌，得到悬浮液状态的混合物c，然后将混合物c转移至水热反应釜中，在180℃下保持6h，冷却后收集沉淀，洗涤，干燥，即得bi2s3-bioi异质结光催化剂，其中bioi催化剂与na2s2o3 5h2o的摩尔比为1∶(0.25-4)，混合物a中1mmol的bioi催化剂对应30ml去离子水，混合物b中(0.25-4)mmol的na2s2o3 5h2o对应30ml去离子水。

7、上述所述的步骤一中超声波的震荡强度为0.4w/cm3。

8、上述所述的步骤一中naoh溶液的浓度为1mol/l。

9、上述所述的步骤一和步骤二的洗涤方法均为用去离子水和乙醇各洗涤3次，干燥方法均为在80℃的烘箱中干燥4h。

10、上述所述的一种bi2s3-bioi异质结光催化剂的制备方法制备得到的bi2s3-bioi异质结光催化剂。

11、上述所述的一种bi2s3-bioi异质结光催化剂的制备方法制备得到的bi2s3-bioi异质结光催化剂在去除水中cr(vi)中的应用。

12、有益效果：本发明提供的一种bi2s3-bioi异质结光催化剂及其制备方法和应用，具有以下有益效果：

13、1.本发明通过水热法合成了bi2s3-bioi异质结，该bi2s3-bioi异质结具有优异的光吸收能力，可有效地分离和转移电子-空穴，从而有效地提高了其光催化性能；

14、2.本发明的bi2s3-bioi异质结，对cr(vi)表现出优异的光催化还原能力，其光催化还原cr(vi)速率分别约为纯bi2s3和bioi的40.3倍和116.6倍；

15、3.本发明的bi2s3-bioi异质结还具有良好的稳定性和重复利用性，重复利用5次后仍能有效去除cr(vi)。

技术特征：

1.一种bi2s3-bioi异质结光催化剂的制备方法，其特征在于步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种bi2s3-bioi异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤一中超声波的震荡强度为0.4 w/cm3。

3.根据权利要求1所述的一种bi2s3-bioi异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤一中naoh溶液的浓度为1 mol/l。

4.根据权利要求1所述的一种bi2s3-bioi异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二的洗涤方法均为用去离子水和乙醇各洗涤3次，干燥方法均为在80 ℃的烘箱中干燥4 h。

5.如权利要求1-4中任一项所述的一种bi2s3-bioi异质结光催化剂的制备方法制备得到的bi2s3-bioi异质结光催化剂。

6.如权利要求1-4中任一项所述的一种bi2s3-bioi异质结光催化剂的制备方法制备得到的bi2s3-bioi异质结光催化剂在去除水中cr(vi)中的应用。

技术总结
本发明提供一种Bi<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;‑BiOI异质结光催化剂及其制备方法和应用，该制备方法的步骤如下：在烧杯中加入Bi(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;⋅5H<subgt;2</subgt;O和去离子水，搅拌得到悬浮液，加入KI，搅拌后在超声波下震荡，调节悬浮液的pH值，将悬浮液转移至水热反应釜中，反应后冷却降温，将沉淀离心分离，洗涤，干燥，即得BiOI催化剂；在烧杯中加入BiOI催化剂和去离子水搅拌，在另一烧杯中加入Na<subgt;2</subgt;S<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;⋅5H<subgt;2</subgt;O和去离子水搅拌，混合两烧杯中的液体，转移至水热反应釜中，反应后冷却后收集沉淀，洗涤，干燥，即得Bi<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;‑BiOI异质结光催化剂。该光催化剂对Cr(VI)表现出优异的光催化还原能力，并且具有良好的稳定性和重复利用性。

技术研发人员：龙泽清,宋慧,陈超,常泽,申越,杨建洲,崔洁
受保护的技术使用者：长治医学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14