一种Ov-BiOBr/Cu3P复合光催化材料的制备方法及其应用

本发明涉及光电催化领域，尤其涉及一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、光催化技术是以一种合适的半导体材料制成的光催化剂和太阳能作为能量输入端，在输出端具有水分解产生氢(h2)和氧(o2)的潜力，同时还能减少温室气体二氧化碳(co2)的排放的技术。此外，它在降解染料和挥发性有机化合物、杀菌、能量转换方面也有很大的应用潜力。

2、biobr是一种间接带隙为3.0ev的n型半导体，制备方法简单，biobr的内部结构呈现明显的层状结构，该层状结构使得电子-空穴难以复合，在光照条件下具有较强的光催化活性，因此biobr在可见光的照射下可以进行光催化降解有机污染物反应。同时，由于铜的独特电子结构、高储量和低成本，铜基材料已被广泛研究认为是多电子参与还原反应的有效电催化剂，如二氧化碳还原反应和氧气还原反应。此外，研究表明，与其它过渡金属基(如ni、co和fe)材料相比，cu基材料的her催化性能通常较低。

3、异原子掺杂被认为是合理调节过渡金属基材料固有电子结构的有效策略，通过阳离子交换反应，然后采用热解辅助磷化方法，在泡沫铜上制备自支撑的co掺杂cu3p架构(co-cu3p/cf)。co-cu3p/cf在1m naoh溶液的her和oer中都表现出显著的活性和出色的稳定性，优于非掺杂的cu3p以及其它cu衍生催化剂的性能，但如何可控制备具有高效载流子分离能力的含cu3p的her复合光催化剂的工艺未见报道。由此可见，设计具有优异性能的含cu3p的her复合光催化剂是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法及其应用。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法，包括通过两步水热法在ov-biobr的表面原位生长cu3p，得到的ov-biobr/cu3p复合材料，具体包括以下步骤：

3、(1)清洗泡沫铜：取未处理的泡沫铜，依次用乙醇、丙酮、去离子水超声清洗，去除表面油污，取出后置于盐酸溶液中浸泡，去除氧化层并除去hcl残留物，真空干燥；

4、(2)水热法制备ov-biobr：称取一定量的bi(no3)3·5h2o充分溶解在15-20ml的乙二醇中得到bi(no3)3溶液，再取一定量的kbr添加到15-20ml的乙二醇中再超声5-80min得到kbr溶液，将所得kbr溶液逐滴加到bi(no3)3溶液中，在室温下持续搅拌0.5-4h得到混合溶液a；将上述混合溶液a转移到聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，迅速加热到一定温度保温一定时间；缓慢冷却后，离心获得下层沉淀，用乙醇清洗1-5次，在40-120℃下真空干燥1-10h，干燥后收集样品即得ov-biobr并密封保存；

5、(3)水热法制备cu3p：将cucl2·2h2o和naoh的水溶液在磁力搅拌下充分搅拌，离心收集沉淀物并在40-120℃下真空干燥1-10h，得到cu(oh)2纳米颗粒；然后，将制得的cu(oh)2和nah2po2按一定质量比混合在瓷舟上；磁舟上的混合物置于管式炉中于一定温度的n2气氛下焙烧0.5-3h；最后离心收集沉淀物，在40-120℃下真空干燥1-10h，干燥后收集黑色产物即cu3p样品并密封保存；

6、(4)获取ov-biobr/cu3p复合材料：选取步骤(2)中得到的ov-biobr样品形成的溶液，然后添加一定量步骤(3)中得到的cu3p粉末，超声处理使其分散均匀得到混合溶液b，再将步骤(1)中清洗过的泡沫铜浸入该混合溶液b中，再转移到聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，迅速加热到一定温度保温一定时间，缓慢冷却后，离心获得下层沉淀，用乙醇清洗1-5次，在一定温度下真空干燥箱干燥一定时间，干燥后收集样品并得到ov-biobr/cu3p复合材料。

7、优选的，步骤(1)中bi(no3)3·5h2o的添加量为0.5-1.5mmol，kbr的添加量为0.5-1.5mmol。

8、优选的，步骤(1)中混合溶液a在不锈钢高压釜中加热温度为80-250℃，保温时间为10-30h。

9、优选的，步骤(2)中cu(oh)2和nah2po2质量之比为0.3-0.7:2.2-2.8。

10、优选的，步骤(2)中管式炉的温度为150-550℃。

11、优选的，步骤(4)中不锈钢高压釜中加热温度为80-250℃，保温时间为10-30h。

12、优选的，步骤(4)中真空干燥箱内温度为40-120℃下干燥1-10h。

13、本发明还公开了一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的应用，包括上述任意一项所述的一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法制备的ov-biobr/cu3p复合光催化材料在可见光照射下催化分解水制氢的应用。

14、本发明有益效果：

15、本发明所制备的复合光催化剂ov-biobr/cu3p的性能优异、成本较低，用于光催化分解水制氢，能在大幅度增强对可见光的吸收范围和强度的基础上，显著提高光催化分解水析氢速率，对发展氢能这一清洁能源具有重要意义。

技术特征：

1.一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法，其特征在于：包括通过两步水热法在ov-biobr的表面原位生长cu3p，得到的ov-biobr/cu3p复合材料，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中bi(no3)3·5h2o的添加量为0.5-1.5mmol，kbr的添加量为0.5-1.5mmol。

3.根据权利要求1所述的一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中混合溶液a在不锈钢高压釜中加热温度为80-250℃，保温时间为10-30h。

4.根据权利要求1所述的一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中cu(oh)2和nah2po2质量之比为0.3-0.7:2.2-2.8。

5.根据权利要求1所述的一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中管式炉的温度为150-550℃。

6.根据权利要求1所述的一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中不锈钢高压釜中加热温度为80-250℃，保温时间为10-30h。

7.根据权利要求1所述的一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中真空干燥箱内温度为40-120℃下干燥1-10h。

8.一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的应用，其特征在于：包括权利要求1-7任意一项所述的一种ov-biobr/cu3p复合光催化材料的制备方法制备的ov-biobr/cu3p复合光催化材料应用在可见光照射下催化分解水制氢。

技术总结
本发明公开了一种Ov‑BiOBr/Cu<subgt;3</subgt;P复合光催化材料的制备方法及其应用，该方法首先以五水合硝酸铋、溴化钾为原料，通过简单的水热法制备了Ov‑BiOBr；以二水合氯化铜为原料，再采用水热法将Cu<subgt;3</subgt;P原位生长在Ov‑BiOBr表面制备出新型高低异质结Ov‑BiOBr/Cu<subgt;3</subgt;P复合材料，并在可见光照射下利用该光催化剂催化水分解制氢，其在可见光下催化分解水的析氢速率是单独Ov‑BiOBr和Cu<subgt;3</subgt;P的2‑4倍，本发明优点：工艺简单，对设备要求低，能耗少，污染小，引入表面氧空位提高电子空穴对的分离能力，有望实现高效的太阳能光催化分解水制氢。

技术研发人员：张璐佳,李喜宝,黄军同,侯喜锋,陈智,徐吉林,胡燕,李冬杰,陈甜甜,程子瑶,陈佳雯
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15