本技术公开一种CAU‑17/BiOBr复合光催化剂及其制备方法和应用,属于光催化材料技术领域。本发明以CAU‑17作为基体,加入Bi<supgt;3+</supgt;源后,使Bi<supgt;3+</supgt;均匀吸附在CAU‑17的表面,然后加入Br源,通过溶剂热反应使生成的BiOBr在CAU‑17上原位生长,并且BiOBr固定在CAU‑17的框架上,得到CAU‑17/BiOBr复合光催化剂。该催化剂的结构为纳米棒状结构,BiOBr纳米片均匀包覆在CAU‑17纳米棒上。本发明的催化剂的制备方法包括:(1)CAU‑17的制备;(2)CAU‑17/BiOBr的制备。本发明制得的催化剂中CAU‑17与BiOBr界面紧密接触,加速了界面光生电子‑空穴对的分离,并增加了比表面积,从而克服了异质界面不紧密接触导致的载流子在界面处的复合,显著增强了降解有机染料的光催化活性,对于RhB和CIP具有很好的光催化降解能力,对RhB和CIP的去除率分别为99.44%、97.46%。
背景技术
随着工业的发展,水污染问题影响着人们生活的各个方面,而光催化技术是去除工业废水中有毒、难降解的有机染料的有效且有前景的方法,其中光生载流子的分离和染料分子的有效吸收在降解过程中至关重要。多孔晶体金属有机框架(MOF)因其灵活的配位环境、可调节的电子结构和对小分子的强大吸附能力而在能源环境领域引起了广泛的关注。但MOF的直接使用存在很大的局限性,其电荷分离效率远低于传统光催化剂,部分本征功能被掩盖或未完全集成。一些高效的无机半导体/MOF基异质结如TiO2
@MOF、CdS-NRs/MOF、g-C3
N4
/MOF和BiOBr/MIL-53(Fe)的开发可显著提高其光催化性能。CAU-17作为多孔Bi基MOF的一种,其微观结构为六边形棱柱,具有5种微孔级一维孔道,然而光吸收范围有限,可以通过与其他材料构成异质结或者以其作为载体,构成Bi基半导体异质结来改善吸光范围的问题。
溴氧化铋(BiOBr)不仅具有独特的分级结构,即[Bi2
O2
]2+
和双溴层交错分布,而且在光催化能量转换和环境修复方面表现出出色的光学和催化属性。特殊的层状结构可以产生内部电场,在一定程度上有利于光生电荷对的分离和迁移。同时,BiOBr由于其合适的带隙(2.4-2.9eV),可以有效吸收可见光。专利公开号CN 118807847 A公开了一种辐射合成Bi0Br/M0F复合材料的方法及其应用,该方法使用电离辐射在BiOBr表面生长MOF,BiOBr与MOF形成的异质结结构可以抑制载流子的复合,提高电荷分离和转移效率,有效增强光催化CO2
还原能力。以及文献《Bi-MOF衍生的中空BiOBr纳米棒用于高效光催化降解环丙沙星》公开了一种以MOF(CAU-17)为模板,设计并制备了由多层超薄纳米片组成的分层空心BiOBr纳米棒的方法。但该方法使用MOF材料作为牺牲模板,为BiOBr材料的生长提供结构框架。虽然制备出结构性能优于普通常规BiOBr的催化剂,但反应过程中消耗掉MOF材料,未成功构建出BiOBr/MOF异质结,同时吸附性能并未得到显著提升。
由于MOF的可调节孔隙和结构灵活性,同时可以增加其比表面积,因此BiOBr/MOF复合材料表现出优异的化学稳定性,在可见光照射下降解水中有机污染物的能力突出。然而,现有的BiOBr/MOF复合材料大多是通过物理混合法或BiOBr和MOF前驱体的共沉淀法合成的。这些过程通常在BiOBr和MOF之间产生不足的化学相互作用,两种材料异质界面的不紧密接触会限制光生电子空穴对的转移,增加了界面处载流子的复合。而优化的分级结构有望通过原位生长改善BiOBr和MOF的界面相互作用,赋予BiOBr/MOF复合材料巨大的光催化活性潜力。因此,通过设计BiOBr/MOF异质结构精确控制动力学以阻碍光生电荷的重新连接并增加反应位点数量,对于提高催化剂的吸附能力和快速降解速率至关重要。
实现思路