一种Cu锚定的Bi4O5I2异质结构光催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及光催化领域，具体涉及异质结构光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光催化还原co2为碳氢化合物燃料，是同时解决能源危机和温室效应的一种很有前途的策略。典型的光催化co2还原过程依次包括三个关键步骤：（1）光吸收；（2）光生载流子的分离和转移；（3）光催化剂表面的电子和空穴使co2还原和h2o氧化，这是光催化过程中最重要的部分。因此，开发高效的co2还原光催化剂需要同时满足以上三个需求。到目前为止，已有多种无机和有机光催化剂，例如，tio2、ceo2、bi4o5i2、聚合物（g-c3n4和cofs）已经被用于实现co2光还原。

2、富铋型卤氧铋（bi4o5i2）是一种新型窄带隙（~2.4 ev）光催化剂，由于其具有良好的可见光吸收能力、导带（cb）电势较负、层状结构和优异的光电性能等优点而受到越来越多的关注。以往的研究表明，形貌对bi4o5i2的光催化性能有很大影响。由纳米片组装而成的分级微米花由于其高表面积可以提供更多的活性位点，从而加速表面光催化反应动力学。然而，由于其对光能的吸收有限，原始的bi4o5i2微米花（bi4o5i2mfs）的太阳能利用率仍然很差。此外，原始的bi4o5i2mfs通常会遭受光生载流子的严重复合。这些缺点导致co2转化效率不理想，限制了其实际应用。因此，提高太阳能吸收和抑制载流子复合是提高bi4o5i2光催化co2还原性能的关键。

3、为了提高光催化剂的太阳能利用率，人们采用了多种方法，如元素掺杂、空位工程、构建异质结构等。此外，利用等离子体金属纳米颗粒（nps）修饰n型半导体光催化剂，也可以提高太阳能的利用率，由于其表面等离子体共振（spr）吸收和spr诱导的热电子注入。例如，贵金属纳米颗粒（如au、ag nps）通常用于修饰半导体以制备等离子体半导体基光催化剂，包括cd/au、au@zno、ag/bi3tao7、ag/in2o3和ag@ceo2。然而，这些贵金属价格昂贵且匮乏，限制了等离子体光催化剂的实际应用。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂及其制备方法和应用，至少解决现有技术中存在的一个问题。

2、本发明提供的一种cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、将bi4o5i2微米花与水混合，得到i类悬浊液；

4、将三乙醇胺与所述i类悬浊液混合，得到ii类悬浊液；

5、将铜盐与所述ii类悬浊液混合，得到浑浊液；

6、用波长为350 nm~780 nm的光照射所述浑浊液，分离出固态产物，洗涤并干燥，得到所述cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂（标记为bi4o5i2@cu）。

7、通过以上技术方案，在bi4o5i2微米花上光沉积非贵金属cu纳米颗粒（cu nps），使得cu nps的表面等离子共振（surface plasmon resonance，spr）效应与bi4o5i2/cu肖特基结结合在一起，从而得到具有优异光催化性能的产物。

8、利用上述方法得到了cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂，即本发明提供了一种cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂。

9、所述cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂可以催化co2还原，因此，本发明还提供了所述cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂的应用，将其用于催化co2还原。

10、由于采用了以上技术方案，本发明的实施例具有以下有益效果：bi4o5i2@cu的制备方法反应条件温和，操作简便易行，避免使用贵金属；bi4o5i2@cu中cu nps的spr效应与bi4o5i2/cu肖特基结结合在一起，cu nps的spr效应可以增强bi4o5i2在宽光谱范围内的光吸收，诱导cu nps的热电子注入到bi4o5i2的cb中；bi4o5i2/cu肖特基结能显著地促进光生载流子的分离和转移；相比于bi4o5i2微米花，cu nps的spr效应和bi4o5i2/cu肖特基结的协同作用，显著增强了其光催化co2还原性能。

技术特征：

1.一种cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水为去离子水。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铜盐为二水合氯化铜、五水合硫酸铜或三水合硝酸铜。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述铜盐为二水合氯化铜。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述二水合氯化铜与所述bi4o5i2微米花的质量比为0.25%~0.75%：1。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述二水合氯化铜与所述bi4o5i2微米花的质量比为0.5%：1。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水、三乙醇胺的体积比为95：5。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述波长为350 nm~780 nm的光为氙灯产生的光，氙灯的功率为250 w，照射时间为1 h。

9.根据权利要求1~8任一权利要求所述的方法得到的cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂。

10.根据权利要求9所述的cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂的应用，其特征在于：所述cu锚定的bi4o5i2异质结构光催化剂用于催化co2还原。

技术总结
本发明涉及光催化领域，提供了一种Cu锚定的Bi<subgt;4</subgt;O<subgt;5</subgt;I<subgt;2</subgt;异质结构光催化剂及其制备方法和应用。所述方法包括以下步骤：将Bi<subgt;4</subgt;O<subgt;5</subgt;I<subgt;2</subgt;微米花与水混合，得到I类悬浊液；将三乙醇胺与所述I类悬浊液混合，得到II类悬浊液；将铜盐与所述II类悬浊液混合，得到浑浊液；用波长为350 nm~780 nm的光照射所述浑浊液，分离出固态产物，洗涤并干燥，得到所述Cu锚定的Bi<subgt;4</subgt;O<subgt;5</subgt;I<subgt;2</subgt;异质结构光催化剂。相比于单一的Bi<subgt;4</subgt;O<subgt;5</subgt;I<subgt;2</subgt;，所述Cu锚定的Bi<subgt;4</subgt;O<subgt;5</subgt;I<subgt;2</subgt;异质结构光催化剂催化CO<subgt;2</subgt;还原的性能显著增强。

技术研发人员：胡建强,黄庆玲,蔺洁,杨振
受保护的技术使用者：江西师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16