本發(fā)明屬于半導(dǎo)體復(fù)合材料，具體涉及一種納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、光催化技術(shù)是在特定波長光源輻照下，半導(dǎo)體價帶上的電子獲得能量被激發(fā)到其導(dǎo)帶上，從而在半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶上留下自由電子(e-)和空穴(h+)；電子和空穴可以被o2、h2o等俘獲，生成具有強氧化還原性的超氧自由基(·o2-)和羥基自由基(·oh)；這些具有強氧化還原性的活性物質(zhì)可以進一步將有機物礦化為h2o、co2等小分子物質(zhì)，或者將co2固化形成有機產(chǎn)物。光催化劑的光譜響應(yīng)范圍、光電子-空穴分離率和轉(zhuǎn)移速率是影響光催化性能的最主要因素。溴氧化鉍(biobr)具有獨特的層狀結(jié)構(gòu)，帶隙寬度約為2.90ev，對可見光響應(yīng)。但是，單相biobr中，光生e-、h+復(fù)合速率快、遷移率低，對自然光的有效利用率低，光催化性能較差。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，申請?zhí)?01711114706.0的中國發(fā)明專利，公開了碘化銀納米粒修飾溴氧化鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該復(fù)合光催化劑以溴氧化鉍為載體，溴氧化鉍上修飾有碘化銀納米粒。其制備方法包括以下步驟：將溴氧化鉍分散在水中，加入硝酸銀溶液和碘化鉀進行共沉淀反應(yīng)，得到碘化銀納米粒修飾溴氧化鉍復(fù)合光催化劑。此方法制備得到的材料雖然也能在一定程度上促進電荷分離，但由于其能帶結(jié)構(gòu)限制，只能在可見光下產(chǎn)生催化作用，無法對近紅外光進行利用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，本申請?zhí)峁┮环N納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合光催化劑只能在可見光下產(chǎn)生催化作用，無法對近紅外光進行利用的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

3、一種納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料，其特征在于，由biobr/tio2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料及負(fù)載在其上的bi量子點組成，所述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的吸收帶邊為1.1至1.6ev。

4、優(yōu)選地，上述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料，所述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的bi量子點尺寸為19至39nm。

5、一種納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

6、s10.將硼氫化鈉、表面活性劑加入水中，攪拌至充分溶解，得到溶液a；

7、s20.將biobr/tio2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料加入所述溶液a中，形成混合懸濁液b；

8、s30.將所述混合懸濁液b，靜置、陳化指定時間，得到納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料沉淀物；

9、s40.將所述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料沉淀物用去離子水、無水乙醇清洗至中性，然后干燥，得到所述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料。

10、優(yōu)選地，上述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法步驟s10中，所述表面活性劑包括聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的至少一種。

11、優(yōu)選地，上述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，步驟s10中，所述溶液a中表面活性劑的濃度為5至125g·l-1。

12、優(yōu)選地，上述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，步驟s10中，所述硼氫化鈉與水的加入比為(0.1至1.0)mmol:10ml。

13、優(yōu)選地，上述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，所述硼氫化鈉與所述biobr/tio2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料的質(zhì)量比為(22至57):(500至1000)。

14、優(yōu)選地，上述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，步驟s20中，所述biobr/tio2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料和所述溶液a的比例為(0.2至0.5)g:10ml。

15、優(yōu)選地，上述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，步驟s30中，所述指定時間≧2h。

16、一種納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料，由上述制備方法制得，所述復(fù)合材料的bi量子點尺寸為19至39nm，吸收帶邊為1.1至1.6ev，結(jié)構(gòu)為三維“鳥巢”狀納米結(jié)構(gòu)。

17、一種如上述的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料在光催化降解有機污染物中的應(yīng)用。

18、本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，其有益效果在于：

19、1、本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料，由biobr/tio2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料及負(fù)載在其上的bi量子點組成，所述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的吸收帶邊為1.1至1.6ev。適量的bi量子點能提高復(fù)合材料的光吸收范圍和利用率，即提高可見光下的光催化活性和光譜響應(yīng)范圍。本方案的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料最小吸收帶邊為1.14ev，對比現(xiàn)有技術(shù)biobr/tio2的2.72ev，將光譜響應(yīng)范圍從可見光拓寬到近紅外光區(qū)，從而實現(xiàn)在微弱光源下，就可以產(chǎn)生催化降解作用。

20、2、本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料，屬于納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料，這種復(fù)合材料極大地增大了光生載流子產(chǎn)率與利用率，即提高了對自然光利用率。

21、3、本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，利用nabh4、表面活性劑和biobr/tio2的加入比，調(diào)控還原反應(yīng)速率，實現(xiàn)對bi量子點尺寸的可控生長，和三維“鳥巢”狀納米結(jié)構(gòu)的可控合成，進而實現(xiàn)對納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料光吸收閾值的精確調(diào)控，進而控制復(fù)合材料的最小吸收帶邊。

22、4、本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，采用還原法在常溫下一步還原合成，工藝流程短、能耗低、反應(yīng)流程短、能耗低，有機試劑用量少。

技術(shù)特征：

1.一種納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料，其特征在于，由biobr/tio2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料及負(fù)載在其上的bi量子點組成，所述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的吸收帶邊為1.1至1.6ev。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料，其特征在于，所述納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的bi量子點尺寸為19至39nm。

3.一種納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s10中，所述表面活性劑包括聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s10中，所述溶液a中所述表面活性劑的濃度為5至125g·l-1。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s10中，所述硼氫化鈉與水的加入比為(0.1至1.0)mmol:10ml。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述硼氫化鈉與所述biobr/tio2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料的質(zhì)量比為(22至57):(500至1000)。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s20中，所述biobr/tio2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料和所述溶液a的比例為(0.2至0.5)g:10ml。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s30中，所述指定時間≧2h。

10.一種如權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)bi@biobr/tio2復(fù)合材料在光催化降解有機污染物中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米結(jié)構(gòu)Bi@BiOBr/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合材料及其制備方法、應(yīng)用。本發(fā)明的復(fù)合材料，由BiOBr/TiO<subgt;2</subgt;異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料及負(fù)載在其上的Bi量子點組成，吸收帶邊為1.1至1.6eV，將光譜響應(yīng)范圍從可見光拓寬到近紅外光區(qū)。本發(fā)明的制備方法，利用NaBH<subgt;4</subgt;、表面活性劑和BiOBr/TiO<subgt;2</subgt;的加入比，調(diào)控還原反應(yīng)速率，實現(xiàn)對Bi量子點尺寸的可控生長，和納米結(jié)構(gòu)的可控合成，進而實現(xiàn)對復(fù)合材料光吸收閾值的精確調(diào)控，和控制復(fù)合材料的最小吸收帶邊。采用還原法在常溫下一步還原合成，工藝流程短、能耗低、反應(yīng)流程短、能耗低，有機試劑用量少。

技術(shù)研發(fā)人員：房國麗,胡月,田景,郭小雷,范玉杰,李靜
受保護的技術(shù)使用者：北方民族大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2