一种BiOClBiCNC三元光催化剂的制备方法和应用
：本发明属于光催化剂，具体涉及一种biocl/bi/cnc三元光催化剂的制备方法和应用。
背景技术
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背景技术：
1、化石燃料的过度使用向大气中排放出了大量的温室气体co2，同时引发了一系列的能源危机和环境问题。利用可再生的太阳光能将大气中的co2并转化为co等增值产品是缓解能源危机和环境问题的有效策略。在过去的几十年里，不少学者致力于研究半导体光催化材料，以实现高效利用太阳光催化还原二氧化碳。
2、在众多的光催化剂中，铋基光催化材料因其无毒、资源充足、价格低廉，大部分材料具有较窄的带隙和层状结构，展现了优良的光催化性能。其中，biocl由于适合的导带与价带位置，是实现光催化还原co2理想的材料之一。然而，biocl自身所具有的宽光学带隙及低的光生载流子分离效率限制了其对可见光的利用效率和实际应用。目前，已经报道了多种改性方法以提升biocl的光催化性能，如元素掺杂、异质结构建、晶面调控等，但光催化co2转化效率难以得到有效提升。
技术实现思路
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技术实现要素：
1、本发明提供了一种biocl/bi/cnc三元光催化剂的制备方法和应用，采用了一步水热法将具有广泛生物质来源和丰富羟基的纤维素纳米晶(cnc)与biocl发生界面键合，形成稳定的共价键，使cnc诱导biocl表面产生大量的氧空位，同时引入苯甲醛还原出bi单质，产生更多氧空位，抑制光生电子空穴对复合，提高光催化性能，解决了现有技术中难以有效提升biocl光催化性能的问题。
2、本发明是通过以下技术方案予以实现的：
3、一种biocl/bi/cnc三元光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、a、将五水合硝酸铋完全溶解于乙二醇，标记为溶液a；
5、b、将氯化钾完全溶解于乙二醇，标记为溶液b；
6、c、将溶液b滴入溶液a，待混合均匀后，先后加入纤维素纳米晶和苯甲醛，搅拌混合均匀，将溶液于140-180℃水热反应6-24h，离心后洗涤并干燥，得到biocl/bi/cnc三元光催化剂。
7、优选的，五水合硝酸铋、氯化钾、纤维素纳米晶的质量比为(20-25):(3-5):(0.4-0.8)，更优选为(24-25):(4-5):(0.6-0.72)，最优选为24.25:3.73:0.6。
8、优选的，步骤c中，溶液置于反应釜中160-180℃水热12-24h。
9、优选的，步骤c中，所述离心后洗涤并干燥的具体步骤为：离心分离得样品固体，分别用去离子水洗3-4次，无水乙醇洗2-3次，然后于40-80℃的条件下干燥得到样品。
10、优选的，步骤c中，所加入的苯甲醛与五水合硝酸铋的质量比为(0.2-5.0)：1。
11、本发明还保护上述制备方法得到的biocl/bi/cnc三元光催化剂在太阳光催化二氧化碳还原为一氧化碳中的应用。
12、本发明的有益效果是：
13、1.本发明采用了一步水热法的复合方式，使biocl与cnc发生界面键合，biocl的bi(ⅲ)离子与cnc的羟基形成稳定的共价键，使cnc诱导biocl表面产生大量的氧空位，抑制光生电子空穴对复合，提高可见光区域光吸收的能力；cnc含有大量羟基，使得本发明所制备的biocl/bi/cnc三元光催化剂可以很好地分散在水溶液中，具有良好的co2吸附能力；此外，cnc的高物理和化学稳定性也有助于提高复合材料的回收能力。
14、2.本发明方法加入苯甲醛作为还原剂，以在水热过程中还原出更多的bi单质，产生了更多的氧空位，并成为两种半导体间的电子通道，提高光催化性能；制备过程中以乙二醇为溶剂，也使复合材料在水热过程中产生更多的氧空位，提高光催化性能。
15、3.本发明得到的biocl/bi/cnc三元光催化剂具有较好的簇状结构，粒径在3μm-4μm之间，具有良好的co2吸附能力、高可见光吸收能力和高光生电子空穴对复合抑制能力，光催化还原co2性能佳，所制备具有优化质量百分比(cnc质量：biocl理论质量)的biocl/bi/cnc三元光催化剂的co生成速率为5.01μmol·g-1·h-1，对比biocl/bi和纯biocl，性能分别提高了3.5和17倍。
技术特征：
1.一种biocl/bi/cnc三元光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，五水合硝酸铋、氯化钾、纤维素纳米晶的质量比为(20-25):(3-5):(0.4-0.8)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，五水合硝酸铋、氯化钾、纤维素纳米晶的质量比为(20-25):(3-5):(0.6-0.72)。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，五水合硝酸铋、氯化钾、纤维素纳米晶的质量比为24.25:3.73:0.6。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，160-180℃水热12-24h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，所述离心后洗涤并干燥的步骤为：离心分离得样品固体，分别用去离子水洗3-4次，无水乙醇洗2-3次，然后于40-80℃的条件下干燥得到样品。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，所加入的苯甲醛与五水合硝酸铋的质量比为(0.2-5.0)：1。
8.权利要求1所述的制备方法得到的biocl/bi/cnc三元光催化剂在太阳光催化二氧化碳还原为一氧化碳中的应用。
技术总结
本发明公开了一种BiOCl/Bi/CNC三元光催化剂的制备方法和应用，采用一步水热法合成，苯甲醛的加入使水热过程中还原出更多的Bi单质，产生了更多的氧空位，并成为BiOCl与CNC‑Bi(Ⅲ)配合物之间的电子通道，从而提高了光催化性能。本发明得到的BiOCl/Bi/CNC三元光催化剂具有良好的簇状结构，粒径在3μm‑4μm之间，在蓝光照射下优化质量百分比(CNC质量：BiOCl理论质量)的BiOCl/Bi/CNC三元光催化剂的CO生成速率为5.01μmol·g<supgt;‑1</supgt;·h<supgt;‑1</supgt;，对比BiOCl/Bi和纯BiOCl，性能分别提高了3.5和17倍。
技术研发人员：肖信,吴科君,赵熙,南俊民
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23