一种光生电荷定向迁移光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光生电荷定向迁移光催化剂及其制备方法，涉及光催化技术领域。本发明专利技术提供的光生电荷定向迁移光催化剂，包括Bi系光催化剂以及修饰在所述Bi系光催化剂表面的BaTiO3颗粒和Au纳米颗粒。在本发明专利技术中，Bi系光催化剂价带中的空穴迁移至BaTiO3的价带中，电子从Bi系光催化剂的导带向Au纳米颗粒上迁移，这样的迁移方式能够抑制光生电荷的复合，提高光生电荷分离效率，进而提高光催化效率。进而提高光催化效率。进而提高光催化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种光生电荷定向迁移光催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光催化
，具体涉及一种光生电荷定向迁移光催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]近期Bi系光催化剂(Bi2O3，BiOBr和BiFeO3等)受到人们的广泛关注，其在光催化降解有机物等方面具有较好的应用潜力。为了更好地发挥Bi系光催化剂的潜能，需要对其光生电荷分离效率进行提升。目前，针对Bi系光催化剂的改性策略主要包括构建异质结、贵金属和纳米碳材料的修饰等。上述改性策略是通过在光催化剂表面修饰光生电子和光生空穴俘获助催化剂，实现对光生电荷的俘获，达到抑制光生电荷复合的目的。然而在这些方法中，一般情况下只是将光生电子或空穴俘获在助催化剂中，同时还有一部分光生电子或空穴留存在光催化剂体内，而这部分光生电荷依然存在着复合的可能，使得改性效果难以达到预期目标。
[0003]为了克服以上缺点，有必要发展能够促进光生电子和空穴同时定向迁移至不同助催化剂的改性方法，实现光生电荷的彻底分离。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种光生电荷定向迁移光催化剂及其制备方法，本专利技术提供的光生电荷定向迁移光催化剂能够抑制光生电子和空穴的复合，提高光生电荷分离效率，进而提高光催化效率。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种光生电荷定向迁移光催化剂，包括Bi系光催化剂以及修饰在所述Bi系光催化剂表面的BaTiO3颗粒和Au纳米颗粒。
[0007]优选地，所述BaTiO3颗粒的直径为30～80nm。
[0008]优选地，所述Bi系光催化剂与BaTiO3颗粒的质量比为1：0.025～0.2。
[0009]优选地，所述Au纳米颗粒的平均粒径为6～15nm。
[0010]优选地，所述Bi系光催化剂与Au纳米颗粒的质量比为1：0.001～0.008。
[0011]优选地，所述BaTiO3颗粒和Au纳米颗粒不接触。
[0012]本专利技术提供了上述技术方案所述光生电荷定向迁移光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将Bi系光催化剂、BaTiO3颗粒和水混合，进行水热反应，得到半导体光催化剂；
[0014]将所述半导体光催化剂、四氯金酸和光还原反应溶液混合，进行光还原反应，得到光生电荷定向迁移光催化剂。
[0015]优选地，所述水热反应的温度为100～150℃，所述水热反应的时间为40～100min。
[0016]优选地，所述光还原反应溶液为无水乙醇和水的混合液。
[0017]优选地，所述光还原反应在光照条件下进行，所述光照的时间为8～20min。
[0018]本专利技术提供了一种光生电荷定向迁移光催化剂，包括Bi系光催化剂以及修饰在所述Bi系光催化剂表面的BaTiO3颗粒和Au纳米颗粒。在本专利技术中，Au纳米颗粒是一种良好的光生电子俘获体，能够很好地俘获催化剂受激产生的光生电子；BaTiO3颗粒是一种重要的光生空穴俘获助催化剂，BaTiO3颗粒的价带电位与Bi系光催化剂相匹配，通过Bi系光催化剂与BaTiO3颗粒复合构建II型异质结，能够实现Bi系光催化剂中光生空穴向助催化剂迁移的目的。在本专利技术中，Bi系光催化剂价带中的空穴迁移至BaTiO3的价带中，电子从Bi系光催化剂的导带向Au纳米颗粒上迁移，这样的迁移方式能够抑制光生电荷的复合，提高光生电荷分离效率，进而提高光催化效率。
附图说明
[0019]图1为实施例1～4的制备工艺流程图；
[0020]图2为实施例1中BiOBr光催化剂、BiOBr/BaTiO3半导体光催化剂和Au/BiOBr/BaTiO3光催化剂的XRD图；
[0021]图3为实施例1中BiOBr光催化剂、BiOBr/BaTiO3半导体光催化剂和Au/BiOBr/BaTiO3光催化剂的SEM图；
[0022]图4为本专利技术制备的光生电荷定向迁移光催化剂的光催化机理图；
[0023]图5为实施例1中BiOBr光催化剂、BiOBr/BaTiO3半导体光催化剂和Au/BiOBr/BaTiO3光催化剂的荧光光谱图；
[0024]图6为实施例1中BiOBr光催化剂、BiOBr/BaTiO3半导体光催化剂和Au/BiOBr/BaTiO3光催化剂在可见光照射下3h内降解甲基橙的效果图。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种光生电荷定向迁移光催化剂，包括Bi系光催化剂以及修饰在所述Bi系光催化剂表面的BaTiO3颗粒和Au纳米颗粒。
[0026]本专利技术提供的光生电荷定向迁移光催化剂包括Bi系光催化剂。在本专利技术中，所述Bi系光催化剂优选包括Bi2O3、BiOBr或BiFeO3。在本专利技术中，所述Bi系光催化剂的形貌优选为球状或片状；所述Bi系光催化剂的直径优选为1～8μm。
[0027]本专利技术提供的光生电荷定向迁移光催化剂包括修饰在所述Bi系光催化剂表面的BaTiO3颗粒。在本专利技术中，所述BaTiO3颗粒沉积在所述Bi系光催化剂表面。在本专利技术中，所述BaTiO3颗粒的直径优选为30～80nm，更优选为50～60nm。在本专利技术中，所述Bi系光催化剂与BaTiO3颗粒的质量比优选为1：0.025～0.2，更优选为1：0.05～0.1。在本专利技术中，BaTiO3含量过多时，使得Bi系光催化剂受光面积减小；反之，BaTiO3含量过少时，俘获空穴的作用较弱，本专利技术Bi系光催化剂与BaTiO3颗粒的质量比在上述范围有利于提高BaTiO3颗粒的空穴俘获能力。
[0028]本专利技术提供的光生电荷定向迁移光催化剂包括修饰在所述Bi系光催化剂表面的Au纳米颗粒。在本专利技术中，所述Au纳米颗粒的平均粒径优选为6～15nm，更优选为10～12nm。在本专利技术中，所述Bi系光催化剂与Au纳米颗粒的质量比优选为1：0.001～0.008，更优选为1：0.004～0.006。本专利技术控制上述质量比能够防止Au纳米颗粒的含量过高，Bi系光催化剂受光面积减小，同时保证Au纳米颗粒的俘获电子效果。
[0029]在本专利技术的具体实施例中，所述BaTiO3颗粒和Au纳米颗粒不接触。在本专利技术中，Bi系光催化剂价带中的空穴迁移至BaTiO3的价带中，电子从Bi系光催化剂的导带向Au纳米颗粒上迁移，这样的迁移方式能够抑制光生电荷的复合，提高光生电荷分离效率，进而提高光催化效率。
[0030]本专利技术还提供了上述技术方案所述光生电荷定向迁移光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0031]将Bi系光催化剂、BaTiO3颗粒和水混合，进行水热反应，得到半导体光催化剂；
[0032]将所述半导体光催化剂、四氯金酸和光还原反应溶液混合，进行光还原反应，得到光生电荷定向迁移光催化剂。
[0033]采用本专利技术提供的方法制备光生电荷定向迁移光催化剂，能够提高Bi系光催化剂对光生电荷的俘获效率，有效地抑制光生电荷的复合，为光催化反应提供更多可利用的光生电荷，从而提高了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光生电荷定向迁移光催化剂，其特征在于，包括Bi系光催化剂以及修饰在所述Bi系光催化剂表面的BaTiO3颗粒和Au纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的光生电荷定向迁移光催化剂，其特征在于，所述BaTiO3颗粒的直径为30～80nm。3.根据权利要求1或2所述的光生电荷定向迁移光催化剂，其特征在于，所述Bi系光催化剂与BaTiO3颗粒的质量比为1：0.025～0.2。4.根据权利要求1所述的光生电荷定向迁移光催化剂，其特征在于，所述Au纳米颗粒的平均粒径为6～15nm。5.根据权利要求1或4所述的光生电荷定向迁移光催化剂，其特征在于，所述Bi系光催化剂与Au纳米颗粒的质量比为1：0.001～0.008。6.根据权利要求1所述的光生电荷定向迁移光催...

【专利技术属性】
技术研发人员：县涛，孙小锋，邸丽景，高宇姝，李红琴，周永杰，
申请(专利权)人：青海师范大学，
类型：发明
国别省市：