一种氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化剂制备和环境保护技术领域；在本发明专利技术中，将Bi

【技术实现步骤摘要】
一种氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化剂制备和环境保护
，具体涉及一种氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]环境污染与保护成为了当今社会面对的重大课题，当含有污染物的废水排到海洋中，其降解会加快了水体中溶解氧的消耗速率，进而导致海洋系统中可用降解氧日益减少。然而，传统的污水治理方法存在效率低和能耗较高以及造成二次污染等不足。因此寻找高效率、低成本和不造成二次污染的新型污水氧化技术迫在眉睫。
[0003]近年来，半导体光催化剂作为一种绿色技术被广泛应用于能源危机和环境保护。光催化技术不仅符合绿色发展的需要，能够实现无二次污染，在效率上也得到大幅提升。对于光催化技术来说，设计和制备具有高氧化还原能力、宽光响应范围和有效电荷转移效率的光催化剂是提高光催化效率的核心。近年来，Bi基半导体表现出很高的太阳能利用率和量子效率，被认为是最经济和最有前途的光催化剂之一。BiOX(X＝Cl，Br，I)作为一种典型的由四方晶系(PbFCl型)结构组成的层状半导体，由于具有嵌入双X层的[Bi2O2]2+
片的特殊分级结构和合适的光学响应带隙，在光催化反应过程中表现出良好的光催化性能和良好的稳定性。然而，BiOX基光催化剂的窄禁带和低载流子迁移率严重限制了其广泛应用。而且在传统方法制备的BiOX基光催化剂的合成过程中，其纳米片容易团聚，不利于暴露更多的活性位点和吸附位点，极大地影响了其在光催化领域的应用。MoS2由于其良好的电化学性能和大的比表面积而被广泛用作高效的光催化剂、助催化剂和/或电子介体，但由于层间范德华力导致的团聚现象、导电性差以及电子空穴易复合等问题限制了其发展。因此，需要提供一种制备工艺简单、成本低廉、产率高及光催化效率高的光催化剂。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂及其制备方法和应用。在本专利技术中，将Bi
‑
MOF衍生的氯氧铋(BiOCl)和二硫化钼纳米片复合，将BiOCl和MoS2纳米片自组装成微米棒，得到氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂；所述氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂的制备工艺简单、成本低廉、产率高及光催化效率高，在光催化、气敏、污水处理等领域中具有重要的应用，有望用于大规模的工业生产。
[0005]本专利技术中首先提供了一种氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0006](1)MoS2纳米片的制备：
[0007]以钼源、硫源为原料，加入还原剂及表面活性剂，搅拌均匀后形成反应液，然后在150℃～500℃下水热反应16～48h，得到MoS2纳米片；
[0008](2)氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂的制备：
[0009]将Bi源与有机框架试剂溶于有机溶剂，然后在120℃下水热反应得到Bi
‑
MOF，备
用；
[0010]将MoS2纳米片和Bi
‑
MOF加到去离子水中形成混合溶液，然后引入氯源在90℃下水浴反应，反应结束后洗涤、干燥，并将干燥后的产物在450℃下煅烧，煅烧结束后得到氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂MOF
‑
BiOCl/MoS2。
[0011]进一步的，步骤(1)中，钼源为(NH4)2MO4、Na2MO4中的一种或多种；硫源为Na2S、(NH4)2S硫脲中的一种或多种；还原剂为NaBH4、NH2OH
·
HCl、硫氰化钾中的一种或多种；表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇或十二烷基磺酸钠(SDS)中的一种或多种。
[0012]进一步的，步骤(1)中，钼源、硫源、还原剂和表面活性剂的质量比为1.2：1.6：0.8：0.8。
[0013]进一步的，步骤(2)中，Bi源为Bi(NO3)3、Bi(AC)3或BiCl3中的任一种；有机框架试剂为1,3,5
‑
苯三苯甲酸酯、3,5
‑
吡啶二羧酸、1,3,5
‑
苯三甲酸中的一种或多种；溶剂为CH3OH、DMF、去离子水或其二元混合物。
[0014]进一步的，步骤(2)中，Bi源、有机框架试剂和有机溶剂的用量比为3mmol：1mmol：60mL；所述水热反应条件为在120℃下反应24h。
[0015]进一步的，步骤(2)中，所述氯源NaCl、NH4Cl或KCl。
[0016]进一步的，步骤(2)中，Bi
‑
MOF、去离子水和氯源的用量比为0.5g：10mmol，MoS2在到氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂中的质量百分含量为1％～7％。
[0017]进一步的，步骤(2)中，90℃下水浴反应的时间为1h，煅烧的时间为2h。
[0018]本专利技术中还提供了上述方法制备的氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂BiOCl/MoS2，所述复合光催化剂以2D结构的BiOCl和MoS2纳米片自组装成微米棒，其片层厚度为30
‑
50nm；所述复合光催化剂中，以Bi
‑
MOF的棒状结构为骨架，较小MoS2片状生长在棒状骨架旁，整体呈花状结构，外层均匀附着BiOCl大片状；所述复合光催化剂微米棒长度为1.0～1.2μm，直径为0.45～0.48μm。
[0019]进一步的，所述复合光催化剂中MoS2的质量百分含量为1％～7％％。
[0020]本专利技术中还提供了上述氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂在光催化降解污染物中的应用。
[0021]进一步的，所述污染物包括废水中的抗生素。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术中利用具有独特层状结构、电子特性、光学性质以及良好的光催化活性和稳定性的BiOCl并将其与MoS2纳米片自组装成微米棒，通过对BiOCl的改性来提高复合光催化剂的光催化性能。此外，本专利技术中还利用MOF材料的高比表面积与活性点位，进一步提升光催化效率，并在光催化污水处理等领域中具有重要的应用，有望用于大规模的工业生产。
[0024]本专利技术中以Bi基MOFs作为制备含Bi复合材料的新前驱体，通过卤化Bi基MOF，原位生长出具有梯度形貌的棒状BiOCl，可以有效抑制单个BiOCl纳米片的堆积和聚集，保持MOF的多孔结构，增加活性位的暴露，促进有机污染物的吸附。本专利技术中2D/2D MOF
‑
BiOCl/MoS2纳米片的几何形状提供了更紧密的界面接触，加速了电荷分离和迁移，进一步的提高光催化效率。
[0025]传统方式制备的纯BiOCl对于四环素的降解率仅达到40％，添加了Bi
‑
MOF框架的
MOF
‑
BiOCl上的降解率在20分钟内达到72％。且分别在BiOCl和MOF
‑
BiOCl中引入3％的MoS2后，BiOCl/MoS2‑
3的降解效率仅为48％，而MOF...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将Bi源与有机框架试剂溶于有机溶剂，然后在水热反应得到Bi
‑
MOF，备用；将MoS2纳米片和Bi
‑
MOF加到去离子水中形成混合溶液，然后引入氯源水浴反应，反应结束后洗涤、干燥，并将干燥后的产物煅烧，煅烧结束后得到氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂MOF
‑
BiOCl/MoS2。2.根据权利要求1所述的氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述MoS2纳米片的制备方法为：以钼源、硫源为原料，加入还原剂及表面活性剂，搅拌均匀后形成反应液，然后在150℃～500℃下水热反应16～48h，得到MoS2纳米片；其中，钼源为(NH4)2MO4、Na2MO4中的一种或多种；硫源为Na2S、(NH4)2S硫脲中的一种或多种；还原剂为NaBH4、NH2OH
·
HCl、硫氰化钾中的一种或多种；表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇或十二烷基磺酸钠(SDS)中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂的制备方法，其特征在于，钼源、硫源、还原剂和表面活性剂的质量比为1.2：1.6：0.8：0.8。4.根据权利要求1所述的氯氧铋/二硫化钼复合光催化剂的制备方法，其特征在于，Bi源为Bi(NO3)3、Bi(AC)3或BiCl3中的任一种；有机框架试剂为1,3,5
‑
苯三苯甲酸酯、3,5
‑
吡啶二羧酸、1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈元平，徐晶，柳孟池，叶鹏，唐国刚，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：