本發(fā)明涉及光催化，具體涉及fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑的制備方法，還涉及由該方法制得的產(chǎn)品和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、工業(yè)的高速發(fā)展，在為我們生活帶來更多便利的同時(shí)，同樣帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。ppb級(jí)氮氧化物(nox，其中x＝1,2，no占比約為95％)是參與二次有機(jī)氣溶膠和臭氧形成的重要前體，導(dǎo)致了當(dāng)前的大氣環(huán)境問題。在過去的幾十年里，人們?cè)趯ふ液哿縩o的凈化策略方面做出了大量的努力；光催化氧化技術(shù)以其使用更方便、成本更低、環(huán)境足跡更小等優(yōu)勢(shì)脫穎而出。然而，no作為奇數(shù)電子分子，表現(xiàn)出優(yōu)異的反應(yīng)性，因此擁有多種反應(yīng)途徑。當(dāng)no2作為最終產(chǎn)物出現(xiàn)時(shí)，會(huì)犧牲環(huán)境效益，同時(shí)no2的產(chǎn)生會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)疾病、肺功能下降和呼吸道炎癥。考慮到no的多種反應(yīng)途徑和no2的毒性，應(yīng)制定出一種有效的策略來抑制光催化no氧化過程中no2的形成，以保證更好的環(huán)境意義。

2、目前常見的半導(dǎo)體光催化劑光生載流子復(fù)合率高、量子效率低、比表面積小等缺點(diǎn)，致使其光催化性能仍有不足。針對(duì)現(xiàn)有催化劑的上述不足，更好地抑制一氧化氮(no)向二氧化氮(no2)轉(zhuǎn)化的有效方法通常涉及催化劑的表面修飾策略。以下是一些主要的策略：

3、(1)貴金屬負(fù)載。將貴金屬(如鉑pt、鈀pd、金au等)通過物理吸附或化學(xué)沉積的方法負(fù)載到光催化劑表面。貴金屬可以作為電子陷阱中心，促進(jìn)光生電子和空穴的分離，提高光催化效率。此外，它們還可以作為活性位點(diǎn)，促進(jìn)反應(yīng)物的吸附和轉(zhuǎn)化。但貴金屬價(jià)格昂貴，且可能存在流失的風(fēng)險(xiǎn)，影響催化劑的長期穩(wěn)定性；(2)元素?fù)诫s。在制備光催化劑的過程中引入其他原子(如非金屬原子氮n、硫s等；金屬原子鐵fe、鈷co等)。摻雜可以調(diào)節(jié)帶隙寬度，擴(kuò)展光吸收范圍至可見光區(qū)；改善電荷傳輸，提高光催化活性；(3)異質(zhì)結(jié)構(gòu)建。通過將兩種或多種不同材料復(fù)合在一起形成異質(zhì)結(jié)，可以促進(jìn)光生電子和空穴的分離，減少載流子的復(fù)合，提高光催化效率；(4)表面缺陷工程。在光催化劑表面引入缺陷，如氧空位、晶格缺陷等，缺陷可以作為光生載流子的捕獲中心，促進(jìn)電荷分離，增加活性位點(diǎn)。

4、通過上述策略的合理應(yīng)用，可以在保持高效去除no的同時(shí)，有效地抑制no向no2的轉(zhuǎn)化，從而減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。除此，同時(shí)在光催化劑表面進(jìn)行多種改性，如構(gòu)建異質(zhì)結(jié)和元素?fù)诫s結(jié)合。多種改性策略的組合可以協(xié)同提高光催化性能。鉍系半導(dǎo)體光催化劑，bi4tao8cl是一種新型半導(dǎo)光催化劑，其具有特殊的sillén–aurivillius鈣鈦礦晶相結(jié)構(gòu)，這種晶體結(jié)構(gòu)可以使層與層之間產(chǎn)生內(nèi)部靜電場，從而促進(jìn)光生載流子的分離和轉(zhuǎn)移，并且成本低、無毒性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但仍存在光催化氮氧化物降解效率不高，因此我們對(duì)此進(jìn)行雙功能修飾改性，從而得到在可見光下高效降解氮氧化物的同時(shí)，有效地抑制no向no2的轉(zhuǎn)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑的制備方法；本發(fā)明的目的之二在于提供由所述制備方法制得的fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑；本發(fā)明的目的之三在于提供所述fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑在降解氮氧化物中的應(yīng)用。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、1、fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑的制備方法，將bi4tao8cl與尿素和fe3cl·6h2o水熱反應(yīng)，得到fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl。

4、本發(fā)明優(yōu)選的，所述bi4tao8cl與尿素和fe3cl·6h2o的質(zhì)量比為5：10：2。

5、本發(fā)明優(yōu)選的，所述水熱反應(yīng)的條件是在150℃下加熱10h。

6、本發(fā)明優(yōu)選的，所述水熱反應(yīng)中水的質(zhì)量相當(dāng)于bi4tao8cl質(zhì)量的120倍。

7、本發(fā)明優(yōu)選的，所述bi4tao8cl由biocl與ta2o5、bi2o3、nacl、kcl按摩爾比為1：2：3：10：10研磨混勻，按5℃/min速率升溫至700℃下煅燒3小時(shí)，得到具有厚納米片狀結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦型bi4tao8cl鉍鉭鹵氧化合物。

8、本發(fā)明優(yōu)選的，所述biocl由以下方法制備：以bi(no3)3·5h2o和kcl為原料，分別加入乙二醇和去離子水中，再向bi(no3)3·5h2o的乙二醇溶液中逐滴加入kcl水溶液，反應(yīng)至少2h，離心干燥得到biocl。

9、2、由所述制備方法制得的fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑。

10、3、所述fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑在降解氮氧化物中的應(yīng)用。

11、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑的制備方法，通過采用一步法合成的biocl為前驅(qū)體，并與ta2o5、bi2o3、nacl、kcl組成的混合物通過熔鹽法煅燒成bi4tao8cl，具有獨(dú)特的塊狀結(jié)構(gòu)；并添加尿素和fe3cl·6h2o，水熱法制備了fe摻雜bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑，雙功能同時(shí)修飾bi4tao8cl光催化劑，形成協(xié)同修飾作用。

12、制得的的催化劑可應(yīng)用于光催化去除氮氧化物；bi2o2co3/bi4tao8cl-fe可見光催化劑的成功構(gòu)建，有效利用異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建，促進(jìn)光生電子和空穴的分離，減少載流子的復(fù)合，同時(shí)有效利用fe元素?fù)诫s協(xié)同修飾光催化劑，增強(qiáng)了bi4tao8cl對(duì)可見光的吸收，形成更多活性自由基，進(jìn)一步提高了純bi4tao8cl的光催化降解no的能力，同時(shí)有效地抑制no向no2的轉(zhuǎn)化，相對(duì)于其他專利所報(bào)道的光催化劑而言，本發(fā)明提供的光催化劑，性能優(yōu)異。本發(fā)明提出了一種雙功能表面修飾，高效降解no有害氣體的新型光催化劑bi2o2co3/bi4tao8cl-fe。

技術(shù)特征：

1.fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于，將bi4tao8cl與尿素和fe3cl·6h2o水熱反應(yīng)，得到fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于：所述bi4tao8cl與尿素和fe3cl·6h2o的質(zhì)量比為5：10：2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于：所述水熱反應(yīng)的條件是在150℃下加熱10h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于：所述水熱反應(yīng)中水的質(zhì)量相當(dāng)于bi4tao8cl質(zhì)量的120倍。

5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于：所述bi4tao8cl由biocl與ta2o5、bi2o3、nacl、kcl按摩爾比為1：2：3：10：10研磨混勻，按5℃/min速率升溫至700℃下煅燒3小時(shí)，得到具有厚納米片狀結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦型bi4tao8cl鉍鉭鹵氧化合物。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于：所述biocl由以下方法制備：以bi(no3)3·5h2o和kcl為原料，分別加入乙二醇和去離子水中，再向bi(no3)3·5h2o的乙二醇溶液中逐滴加入kcl水溶液，反應(yīng)至少2h，離心干燥得到biocl。

7.由權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述制備方法制得的fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑。

8.權(quán)利要求6所述fe摻雜的bi2o2co3/bi4tao8cl復(fù)合光催化劑在降解氮氧化物中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了Fe摻雜的Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;/Bi<subgt;4</subgt;TaO<subgt;8</subgt;Cl復(fù)合光催化劑的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明利用Bi<subgt;4</subgt;TaO<subgt;8</subgt;Cl與尿素和Fe<subgt;3</subgt;Cl·6H<subgt;2</subgt;O水熱反應(yīng)合成Fe摻雜的Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;/Bi<subgt;4</subgt;TaO<subgt;8</subgt;Cl復(fù)合光催化劑，加速光生電荷的分離與轉(zhuǎn)移，提高載流子分離效率，同時(shí)Fe摻雜有效提高可見光吸收效率，選擇性產(chǎn)生活性自由基ROS，進(jìn)一步提高了光催化降解NO到NO<subgt;3</subgt;<supgt;?</supgt;的能力的同時(shí)更好地抑制NO向二氧化氮NO<subgt;2</subgt;轉(zhuǎn)化，性能優(yōu)異，能夠高效降解NO有害氣體。

技術(shù)研發(fā)人員：張文東,馬悅芮,艾旺星,焦鄧宇,思姣萍,陳鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6