一种三功能异质结构压电光催化材料及其制备方法和应用

本发明属于压电光催化材料，具体涉及一种三功能异质结构压电光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、石墨相氮化碳(g-c3n4)具有稳定的物理化学性质和适合的能带结构，可见光响应程度高，被应用于各种领域。然而，尽管g-c3n4拥有广泛的应用前景，但其表面反应动力学缓慢，电荷迁移率较低等问题仍然限制了其光催化性能。在已报道的研究成果中，研究者利用包括cds、biocl、zno等在内的半导体与g-c3n4构筑异质结，实现光生载流子的有效分离，光催化活性得到显著提高。

2、bi2wo6具有优异的光学性能和压电性能，在降解污染物和清洁能源方面表现出良好的应用前景，因而受到学者的广泛研究。然而光生电子、空穴极易复合的问题严重影响了bi2wo6在光催化领域的研究和发展。对此，研究者多从形貌特征上对bi2wo6进行改进，通过调控材料的微观结构来改善对可见光的响应能力，然而该方法却难以满足当前污染物降解要求。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种三功能异质结构压电光催化材料及其制备方法和应用。通过以g-c3n4、五水合硝酸铋、二水合钨酸钠、十六烷基三甲基溴化铵为原料，以乙二醇为溶剂，并严格控制原料的用量比例及反应条件，制得了对2,4-二氯苯酚具有良好的降解能力的三功能异质结构压电光催化材料g-c3n4/bi@bi2wo6。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种三功能异质结构压电光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将硝酸铋乙二醇溶液、钨酸钠乙二醇溶液、十六烷基三甲基溴化铵乙二醇溶液与g-c3n4乙二醇溶液混合，加碱调节ph值至中性，进行溶剂热反应，得到所述三功能异质结构压电光催化材料。

5、优选地，所述g-c3n4由双氰胺、三聚氰胺和尿素中的一种或多种煅烧得到。

6、在本发明的研究过程中，发明人发现，对于不同ph值合成的样品，它们对于污染物的降解性能是存在差异。在前期的实验中，ph＝7时，材料的降解性能是最优的。

7、更优选的，所述煅烧的温度为550℃，时间为4h。

8、优选地，所述硝酸铋乙二醇溶液的浓度为100～200mm；所述钨酸钠乙二醇溶液的浓度为50～100mm；所述十六烷基三甲基溴化铵乙二醇溶液的浓度为34～69mm。

9、优选地，所述g-c3n4乙二醇溶液中g-c3n4与乙二醇的比例为0.11～0.54mmol:36ml。

10、优选地，所述硝酸铋乙二醇溶液、所述钨酸钠乙二醇溶液、所述十六烷基三甲基溴化铵乙二醇溶液与所述g-c3n4乙二醇溶液中硝酸铋、钨酸钠、十六烷基三甲基溴化铵与g-c3n4的摩尔比为1～2:0.5～1:0.14～0.27:0.11～0.43。

11、本发明公开的原料用量比例与已有的g-c3n4/bi@bi2wo6制备方案存在很大差别，该比例条件下制备的g-c3n4/bi@bi2wo6对2,4-二氯苯酚具有优异的降解能力。

12、优选地，所述碱为2mol/l的氢氧化钾溶液。

13、优选地，所述溶剂热反应的温度为240℃，时间为12～24h。

14、优选地，所述溶剂热反应后还包括洗涤和干燥步骤。

15、更优选的，所述洗涤为使用水和无水乙醇分别洗涤；所述干燥的温度为60～80℃，时间为12～24h。

16、本发明技术方案之二：提供一种根据上述三功能异质结构压电光催化材料的制备方法制得的三功能异质结构压电光催化材料。

17、本发明技术方案之三：提供一种上述三功能异质结构压电光催化材料在降解2,4-二氯苯酚中的应用。

18、本发明的有益技术效果如下：

19、本发明提供了一种以g-c3n4、五水合硝酸铋、二水合钨酸钠、十六烷基三甲基溴化铵为原料，以乙二醇为溶剂，制备三功能异质结构压电光催化材料g-c3n4/bi@bi2wo6。通过对原料的用量比例及反应条件的严格控制，制得的压电光催化材料能够高效降解2,4-二氯苯酚，对农业给水及环境水体修复具有重要意义。

20、本发明提供的制备方法步骤简单，所得压电光催化材料具有良好的晶体结构和优异的压电光催化活性。

技术特征：

1.一种三功能异质结构压电光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述g-c3n4由双氰胺、三聚氰胺和尿素中的一种或多种煅烧得到。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸铋乙二醇溶液的浓度为100～200mm；所述钨酸钠乙二醇溶液的浓度为50～100mm；所述十六烷基三甲基溴化铵乙二醇溶液的浓度为34～69mm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述g-c3n4乙二醇溶液中g-c3n4与乙二醇的比例为0.11～0.54mmol:36ml。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸铋乙二醇溶液、所述钨酸钠乙二醇溶液、所述十六烷基三甲基溴化铵乙二醇溶液与所述g-c3n4乙二醇溶液中硝酸铋、钨酸钠、十六烷基三甲基溴化铵与g-c3n4的摩尔比为1～2:0.5～1:0.14～0.27:0.11～0.43。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱为2mol/l的氢氧化钾溶液。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为240℃，时间为12～24h。

8.一种根据权利要求1～7任一项所述三功能异质结构压电光催化材料的制备方法制得的三功能异质结构压电光催化材料。

9.权利要求8所述三功能异质结构压电光催化材料在降解2,4-二氯苯酚中的应用。

技术总结
本发明公开了一种三功能异质结构压电光催化材料及其制备方法和应用，属于压电光催化材料技术领域。通过将硝酸铋乙二醇溶液、钨酸钠乙二醇溶液、十六烷基三甲基溴化铵乙二醇溶液与g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;乙二醇溶液混合，加碱调节pH值至中性，最后进行溶剂热反应，即制得所述三功能异质结构压电光催化材料。本发明提供的制备方法步骤简单，所得压电光催化材料具有良好的晶体结构和优异的压电光催化活性，能够高效降解2,4‑二氯苯酚，对农业给水及环境水体修复具有重要意义。

技术研发人员：张漓杉,刘国冠,钟山
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15