原位外延生长宽光谱响应的Sb2S3/BiO2-x复合光催化剂及制备方法和应用

本发明涉及光催化及其新材料，具体涉及一种原位外延生长宽光谱响应的sb2s3/bio2-x复合光催化剂及制备方法和应用。

背景技术：

1、光催化作为一种新兴处理技术，具有经济、高效和绿色的特点，能利用可持续的太阳能将有机污染物转化为易于生物降解的化合物或毒性较小的有机分子，从而缓解环境退化和不可再生能源问题。然而，目前光催化技术中常见的光催化材料仅能利用紫外-可见光而无法利用近红外光且光生载流子复合率高，因此，对半导体光催材料的优选和改性是目前光催化研究领域的重点和难点。

2、铋系光催化材料因为具有独特的电子结构和宽的光响应范围的特点，而受到研究者的广泛关注，其中，含有bi3+和bi5+的混合价态的bio2-x在光催化领域显示出巨大潜能。bio2-x有丰富的氧空位能吸附活化分子氧，表现出较高的光催化活性，此外，它还因为含有满的bi3+bi 6s带和空的bi5+6s而表现出近红外光响应的性能，然而，丰富的氧空位会成为电荷复合中心，不利于光生载流子的分离和迁移，通过异质结的构建能促进光生电子的高效传递，弥补了分子氧活化电子不足的问题，过渡金属硫化物中的硫化锑(sb2s3)是另一种窄带隙近红外光响应的光催化材料，具有良好的光敏感性和较高的热电性，且与bio2-x晶格条纹尺寸匹配良好。因此，选择sb2s3与bio2-x材料复合形成异质结，让bio2-x以原位外延的方式生长在sb2s3上，复合材料可以高效利用太阳光中的紫外-可见-近红外光，同时能实现光生载流子的有效分离，用于宽光谱高效光催化降解有机污染物，目前，尚未有相关报道。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种原位外延生长宽光谱响应的sb2s3/bio2-x复合光催化剂及制备方法和应用，以克服上述现有技术中的不足。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种原位外延生长宽光谱响应的sb2s3/bio2-x复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤:

3、s01、通过水浴加热法制备sb2s3；

4、s02、将sb2s3、铋源和氢氧化钠混合，水热反应，得到原位外延生长宽光谱响应的sb2s3/bio2-x复合光催化剂。

5、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

6、进一步，s01中合成sb2s3的具体方法如下：

7、将sb2o3溶解于盐酸中，得到溶液a；

8、将硫代乙酰胺分散在无水乙醇中，得到溶液b；

9、将溶液a和溶液b超声混合，对混合液进行水浴加热反应，得到sb2s3。

10、更进一步，s01中合成sb2s3的具体方法如下：

11、将sb2o3溶解于盐酸中，得到溶液a；

12、将硫代乙酰胺分散在无水乙醇中，得到溶液b；

13、将溶液a和溶液b超声混合，对混合液进行水浴加热反应，洗涤、干燥，得到sb2s3。

14、更进一步，s01中干燥温度为60℃～90℃，干燥时间为5h～7h。

15、更进一步，sb2o3和硫代乙酰胺的摩尔比为1:2～1:4。

16、进一步，sb2o3和硫代乙酰胺的摩尔比为1:3。

17、进一步，水浴加热的温度为80℃，时间为1h。

18、进一步，铋源选自二水铋酸钠、铋酸钠、五氧化二铋中的任意一种。

19、更进一步，铋源为二水铋酸钠。

20、进一步，铋源和氢氧化钠的摩尔比为4:1～8:1。

21、更进一步，铋源和氢氧化钠的摩尔比为6:1。

22、进一步，sb2s3/bio2-x中sb2s3：bio2-x的质量比为(1～7):100。

23、更进一步，sb2s3/bio2-x中sb2s3：bio2-x的质量比为3:100。

24、进一步，水热反应的温度为160℃～200℃，时间为16h～20h。

25、更进一步，水热反应的温度为180℃，时间为18h。

26、更进一步，s02中合成sb2s3/bio2-x复合光催化剂的具体方法如下：

27、将sb2s3按质量比分散在含铋源、氢氧化钠的溶液中，搅拌均匀，得到反应前驱液；

28、将反应前驱液转移至高压反应釜中密封，于鼓风干燥箱中进行水热反应；

29、对反应产物离心、洗涤、真空干燥后，即得到sb2s3/bio2-x复合光催化剂。

30、进一步，s02中，洗涤离心转速为8000rpm～10000rpm，每次离心时间为5min～8min，去离子水和乙醇洗涤3～4次；真空干燥温度为70℃～90℃，干燥时间为5h～7h。

31、基于上述技术方案，本发明还提供一种原位外延生长宽光谱响应的sb2s3/bio2-x复合光催化剂由所述制备方法所制得。

32、基于上述技术方案，本发明还提供一种原位外延生长宽光谱响应的sb2s3/bio2-x复合光催化剂在可见光和近红外光下降解有机污染物中的应用。

33、进一步，有机污染物为四环素。

34、本发明的有益效益是：

35、1)采用水浴法和水热法相结合的制备工艺，具有操作简单、安全等优点；

36、2)sb2s3和bio2-x晶格条纹尺寸匹配良好确保bio2-x在sb2s3上外延生长，原位外延异质结为光生载流子的迁移和分离提供了通道，从而提高光生载流子的分离效率，同时，sb2s3/bio2-x复合光催化剂表现出可见甚至近红外光响应，实现对有机污染物的高效光催化降解，具有潜在的利用价值。

技术特征：

1.一种原位外延生长宽光谱响应的sb2s3/bio2-x复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述s01中合成sb2s3的具体方法如下：

3.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，sb2o3和硫代乙酰胺的摩尔比为1:2～1:4。

4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，水浴加热的温度为80℃，时间为1h。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述铋源选自二水铋酸钠、铋酸钠、五氧化二铋中的任意一种，铋源和氢氧化钠的摩尔比为4:1～8:1。

6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，sb2s3/bio2-x中sb2s3：bio2-x的质量比为(1～7):100。

7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，水热反应的温度为160℃～200℃，时间为16h～20h。

8.一种原位外延生长宽光谱响应的sb2s3/bio2-x复合光催化剂由权利要求1～7任一项所述制备方法所制得。

9.一种由权利要求1～7任一项所述制备方法所制得的原位外延生长宽光谱响应的sb2s3/bio2-x复合光催化剂或如权利要求8所述原位外延生长宽光谱响应的sb2s3/bio2-x复合光催化剂在可见光和近红外光下降解有机污染物中的应用。

10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，有机污染物为四环素。

技术总结
本发明涉及原位外延生长宽光谱响应的Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;/BiO<subgt;2‑x</subgt;复合光催化剂的制备方法，通过水浴加热法制备硫化锑；将硫化锑、铋源和氢氧化钠混合，通过水热反应得到原位外延生长宽光谱响应的Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;/BiO<subgt;2‑x</subgt;复合光催化剂。一种原位外延生长宽光谱响应的Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;/BiO<subgt;2‑x</subgt;复合光催化剂由所述制备方法制得。一种原位外延生长宽光谱响应的Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;/BiO<subgt;2‑x</subgt;复合光催化剂在可见光和近红外光下降解有机污染物方面的应用。本发明的有益效果为：采用水浴法和水热法相结合的制备工艺，具有操作简单、安全等优点，Sb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;/BiO<subgt;2‑x</subgt;复合光催化剂可以高效利用太阳光中的紫外‑可见‑近红外光，同时能实现光生载流子的有效分离，用于宽光谱高效光催化降解有机污染物。

技术研发人员：张高科,朱小宁,李源
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13