半金屬-有機復合光催化劑及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光催化劑制備技術領域，更為具體地說，涉及一種BVg-C3N 4半金 屬-有機復合光催化劑，本發(fā)明還涉及該光催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002] 近些年來，氮氧化物（NOx)、硫化物、揮發(fā)性有機化合物（VOCs)等空氣污染物導致 室內(nèi)空氣質量較差，嚴重影響人的健康。由于人的一生在室內(nèi)度過的時間大約有80%或以 上，因此從某種意義上而言，室內(nèi)空氣污染已經(jīng)成為危害人體健康的主要隱形殺手。隨著科 技越來越進步，人們對室內(nèi)環(huán)境污染的治理方法也越來越多樣化。傳統(tǒng)的室內(nèi)空氣污染凈 化大多采用多孔吸附劑吸附技術（如采用活性炭、硅膠等吸附劑），但這種吸附技術只是將 污染物從氣相轉移到固相而收集于吸附劑中，并沒有達到將污染物完全降解的目的，而且 存在污染物后續(xù)處理的二次污染問題和吸附劑再生問題。
[0003] 光催化技術由于能夠深度氧化NOx、硫化物、VOCs等空氣污染物并且極少產(chǎn)生二 次污染，同時也不會存在吸附劑再生的問題，因此光催化技術在室內(nèi)空氣污染治理方面表 現(xiàn)出廣闊的應用前景。
[0004] 但是，目前多數(shù)的光催化劑由于光響應范圍窄，太陽能（可見光）利用率低，光生 電子和空穴復合嚴重等問題的存在而阻礙光催化技術的應用。因此，尋求一種光能利用率 高，光催化性能穩(wěn)定的光催化劑乃當務之急。
[0005] 類石墨烯型碳化氮（g_C3N4)由于具有良好的化學惰性、光熱穩(wěn)定性以及較強的可 見光吸收（Eg ~ 2. 7eV)性能等優(yōu)點，而在光催化應用中有巨大應用前景。然而，g-C3N4的 光生電子和空穴復合明顯，較大程度抑制其光催化性能的提高。為克服這一缺點，研宄者們 將貴金屬（例如Au，Ag，Pd, Pt等）負載在g-C3N4表面，構建半金屬-有機復合光催化劑。 經(jīng)實踐證明，這種半金屬-有機復合光催化劑能夠較大程度的加速其光生電子與空穴的分 離，相應地，其可見光光催化活性也得到幾倍甚至十幾倍的提高。
[0006] 但是，貴金屬因地球儲存稀少，市場價值較為昂貴，進而導致光催化劑的成本較 高，這最終導致貴金屬在光催化領域的應用受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光催化劑及制備方法，以解 決【背景技術】所述的因貴金屬價格昂貴而導致光催化劑成本較高的問題。
[0008] 本發(fā)明實施例提供了 Bi/g-C3N4半金屬-有機復合光催化劑的制備方法，該制備方 法包括以下步驟：
[0009] 11)取鉍單質（Bi)的前驅體與類石墨烯型碳化氮（g-C3N4)按照所述前驅體中鉍 單質與類石墨烯型碳化氮的質量比為〇. 1%?250%混合，得到混合物；
[0010] 12)將所述混合物加入lmol/L的硝酸溶液中得到混合物溶液，調(diào)節(jié)所述混合物溶 液的PH值為1?2 ;
[0011] 13)混合物溶液在還原性溶劑的還原體系下加熱，并通過原位沉積法得到Bi/ g_C3N4半金屬-有機復合光催化劑，加熱的溫度為80?210°C，加熱時間為Ih?48h。
[0012] 優(yōu)選的，所述混合物溶液中還包括穩(wěn)定劑，所述穩(wěn)定劑為聚乙烯吡咯烷酮（PVP)。
[0013] 優(yōu)選的，所述還原性溶劑為乙二醇，所述前驅體為硝酸鉍（Bi (NO3)3 · 5H20)。
[0014] 優(yōu)選的，所述加熱時間為18h，所述加熱的溫度為160°C，所述質量比為5%。
[0015] 優(yōu)選的，所述加熱時間為12h，所述加熱的溫度為160°C，所述質量比為25%。
[0016] 優(yōu)選的，所述加熱時間為12h，所述加熱的溫度為180°C，所述質量比為25%。
[0017] 優(yōu)選的，所述加熱時間為8h，所述加熱的溫度為80°C，所述質量比為50%。
[0018] 優(yōu)選的，所述加熱時間為12h，所述加熱的溫度為120°C，所述質量比為50%。
[0019] 基于本發(fā)明公開的Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光催化劑的制備方法，本發(fā)明還公 開一種由上述任意一項所述的制備方法制備得到的Bi/g_C 3N4半金屬-有機復合光催化劑。
[0020] 經(jīng)過分析實驗可知，由本發(fā)明提供的制備方法所獲得的BVg-C3N4半金屬-有機復 合光催化劑中，Bi單質負載在g-C 3N4表面能夠較大程度地加速g-C 3N4光生電子與空穴的分 離，進而提高了 g_C3N4可見光光催化活性。相對于貴金屬負載在g-C3N4表面而形成的半金 屬-有機復合光催化劑而言，Bi/g-C 3N4半金屬-有機復合光催化劑價格低廉，制備簡單，能 夠更好地應用于光催化領域。
【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動 的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0022] 圖1是本發(fā)明實施例提供的Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光催化劑的制備方法流 程圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明實施例1、2、3制備的三種不同質量比（15%、25%、50% )的Bi/ g_C3N4半金屬-有機復合光催化劑與純相g-C 3N4的XRD圖（XRD為X-ray diffraction的 縮寫，即X射線衍射）；
[0024] 圖3是本發(fā)明實施例1制備的質量比為15%的Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光催 化劑的SEM圖（SEM為scanning electron microscope的縮寫，即掃描電子顯微鏡）；
[0025] 圖4是本發(fā)明實施例2制備的質量比為25 %的Bi/g-C3N4半金屬-有機復合光催 化劑的SEM圖；
[0026] 圖5是本發(fā)明實施例3制備的質量比為50%的Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光催 化劑的SEM圖；
[0027] 圖6是本發(fā)明實施例提供的純相g_C3N4的TEM圖（TEM為transmission electron microscope的縮寫，即透射電子顯微鏡）；
[0028] 圖7是本發(fā)明實施例2制備的質量比為25%的Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光催 化劑的TEM圖；
[0029] 圖8是本發(fā)明實施例2制備的質量比為25%的Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光催 化劑局部放大的TEM圖；
[0030] 圖9是本發(fā)明實施例2制備的質量比為25%的Bi/g-C3N4半金屬-有機復合光催 化劑的HRTEM 圖（HRTEM為high resolution transmission electron microscope 的縮寫， 即高分辨率透射電子顯微鏡）；
[0031] 圖10是本發(fā)明實施例1、2、3制備的三種不同質量比（15%、25%、50% )的Bi/ g-C3N4半金屬-有機復合光催化劑與純相g-C 3N4的PL圖（PL為Photoluminescence的縮 寫，即熒光光譜）；
[0032] 圖11是本發(fā)明實施例1、2、3制備的三種不同質量比（15%、25%、50% )的 Bi/g-C3N4半金屬-有機復合光催化劑與純相g-C 3N4的UV-Vis DRS圖（UV-Vis DRS為 UV-Visible diffuse-reflection spectra，即紫外可見漫反射）；
[0033] 圖12是本發(fā)明實施例1、2、3制備的三種不同質量比（15%、25%、50% )的Bi/ g_C3N4半金屬-有機復合光催化劑與純相g-C 3N4在可見光條件下對NO降解的降解效率對 比圖；
[0034] 圖13是本發(fā)明實施例2制備的質量比為25 %的Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光 催化劑在可見光條件下對NO降解的活性自由基檢測圖；
[0035] 圖14是本發(fā)明實施例2制備的質量比為25 %的Bi/g-C3N4半金屬-有機復合光 催化劑在可見光條件下降解NO穩(wěn)定性的測試圖；
[0036] 圖15是本發(fā)明實施例2制備的質量比為25 %的Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光 催化劑與純相g_C3N 4在可見光條件下測試NO降解穩(wěn)定性后的XRD圖。
【具體實施方式】
[0037] 本發(fā)明實施例提供了一種Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光催化劑及制備方法，以解 決【背景技術】所述的因貴金屬價格昂貴而導致光催化劑成本較高的問題。
[0038] 請參考附圖1，本發(fā)明實施例所提供的Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光催化劑的制 備方法包括以下步驟：
[0039] 11)取鉍單質的前驅體與類石墨烯型碳化氮按照所述前驅體中的鉍單質與類石墨 烯型碳化氮的質量比為0. 1%?250%混合，得到混合物；
[0040] 12)將所述混合物加入lmol/L的硝酸溶液中得到混合物溶液，調(diào)節(jié)所述混合物溶 液的pH值為1?2 ;
[0041] 13)混合物溶液在還原性溶劑的還原體系下加熱，并通過原位沉積法得到Bi/ g_C3N4半金屬-有機復合光催化劑，加熱的溫度為80?210°C，加熱時間為Ih?48h。
[0042] 經(jīng)過分析實驗可知，通過上述制備方法制備的Bi/g-C3N4半金屬-有機復合光催化 劑，其催化活性要高于純相g_C 3N4的催化活性，而且相對于貴金屬負載在g-C3N4表面而形成 的半金屬-有機復合光催化劑而言，Bi/g-C 3N4半金屬-有機復合光催化劑在實際應用中的 成本顯著降低。
[0043] 通過對本發(fā)明實施例所制備的Bi/g_C3N4半金屬-有機復合光催化劑進行表征，可 得知Bi/g-C 3N4半金屬-有機復合光催化劑具有以下特性：
[0044] (1)對Bi/g-C3N4半金屬-有機復合光催化劑進行XRD分析（如圖2所示），證實 Bi/g-C3N4半金屬-有機復合光催化劑中同時存在g-C 3N4相和Bi單質相。
[0045] (2)對Bi/g-C3N