一种具备光催化VOCs作用的紫外-可见光响应异质结材料及其制备方法

本发明属于光催化vocs，具体提供一种具备光催化降解甲醛作用的紫外-可见光响应异质结材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，铋系类材料在光催化领域表现出的优异性能使其逐渐成为新型光催化剂的研究热点。研究表明，bivo4、bi2wo6、bi2o2、biox(x＝cl，br，i)等铋系半导体材料在有机污染物的催化降解方面都展现出了一定的应用前景；宽带隙光催化剂bipo4具有矿化能力强、化学性质稳定且无毒无害的特点，具有非金属含氧酸结构，能够有效地促进光生电子和空穴的分离，在多种污染物上也展现出了优异的光催化降解性能。同时，锰基莫来石gdmn2o5催化剂被发现具有比较强的热催化氧化性能和良好的总氧化稳定性。同时，锰基莫来石还被发现可以作为光催化剂降解污染物，并在紫外和可见光区域具有比较好的光响应。

2、目前，锰基莫来石或bipo4作为光催化剂时，其光响应范围主要在波长较短的范围内，如紫外线和部分可见光。本专利采用水热法将bipo4和gdmn2o5两种材料复合构建异质结，增加了材料的比表面积，拓展了其光响应范围，提高了光生电子空穴分离传递效率，这对光催化氧化vocs是有益的，迄今为止尚未对其进行探索。同时使用甲醛模拟污染物，证实得到一种具备高效光催化挥发性有机污染物的异质结材料，有望用于降解vocs及其相关应用领域。

技术实现思路

1、本发明根据现有的光催化氧化vocs材料光响应范围窄、电子空穴易复合的问题，提供一种具备广泛光响应范围和高效光生载流子传递速率的异质结材料及其制备方法，本发明的制备方法工艺简单易行，不需要大型设备，合成条件简易。

2、本发明技术目的通过下述技术方案予以实现：

3、步骤1，称取一定质量的锰源、钆源，将其溶解在50ml去离子水中，备用；

4、步骤2，配制1mol/l氢氧化钠溶液10ml作为沉淀剂加入步骤1的金属盐溶液中，搅拌一段时间；

5、步骤3，将步骤2中的溶液转移至100ml高压水热反应釜，加热一段时间，待反应釜自然冷却至室温后用去离子水和无水乙醇(c2h5oh)交替洗涤沉淀4次，在干燥箱中烘干，获得锰基莫来石gdmn2o5粉体材料；

6、步骤4，将一定量的bi(no3)3·5h2o、k3po4和步骤3中得到的gdmn2o5于23ml蒸馏水中。在上诉混合物中加入3ml hno3(4mol/l)并搅拌后转移至50ml高压水热反应釜中，加热一段时间，待反应釜自然冷却至室温后用去离子水和无水乙醇(c2h5oh)交替洗涤沉淀4次，在干燥箱中烘干得到异质结材料。

7、本发明将锰基莫来石和单斜相磷酸铋通过水热法构建异质结材料。本发明中，异质结的形成，增加了材料的比表面积，扩展了材料的光响应范围，提高了光生载流子的传递效率，进而提高了光催化氧化vocs的效率。其中，可以通过调控磷酸铋复合量，从而获得具有性能差异的样品，实现锰基莫来石/单斜相磷酸铋异质结材料的可控制备。

8、本发明的有益效果是：

9、1、本发明以锰基莫来石和磷酸铋作为活性成分，构建异质结，氢氧化钠为沉淀剂，以高锰酸钾和乙酸锰为锰源，硝酸钆为钆源，磷酸钾为磷源，硝酸铋为铋源，原材料简单易得，不需要大型设备，合成条件简易，降低制备成本。

10、2、本发明的锰基莫来石/单斜相磷酸铋异质结材料相比纯锰基莫来石和纯单斜相磷酸铋催化剂，具有扩展的紫外-可见光响应范围、增大的比表面积、提升的光生载流子分离效率，1小时内光催化降解76.1％甲醛。

11、3、本发明制备的异质结材料应用范围广且应用条件要求低，可用于催化氧化vocs的实际应用。

技术特征：

1.一种具备光催化vocs作用的紫外-可见光响应异质结材料，其特征在于：所述异质结材料以适量磷酸铋作为载体，锰基莫来石负载在磷酸铋上，具备广泛的紫外-可见光响应范围，较小的电化学阻抗，较高的光生载流子分离传递效率。

2.一种具备光催化vocs作用的紫外-可见光响应异质结材料的制备方法：

技术总结
本发明属于光催化VOCs技术领域，具体提供一种具备光催化降解甲醛作用的紫外‑可见光响应的异质结材料及其制备方法，具体方案为：采用水热法将锰基莫来石和单斜相磷酸铋复合构建异质结材料。本发明的制备方法工艺简单易行，不需要大型设备，合成条件简易。得到的异质结催化剂光响应范围明显拓宽、光生电子传递转移速率明显提升，1小时内可降解76.1％甲醛，可应用于光催化VOCs催化剂的制备。

技术研发人员：高菊,鲁逸人,董旭
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23