一种利用超临界流体技术制备铋基二维垂直异质结催化剂的方法

本发明涉及光催化剂制备，具体涉及一种制备高co2光还原性能的铋基二维垂直异质结催化剂的方法。

背景技术：

1、将温室气体co2转化为高附加值的化学品是实现环境和能源可持续发展的重要途径。设计和合成在吸收可见光、co2富集/活化、电子耦合质子转移等方面具有优越性能的光催化剂是该路径成功发展的核心。超高比表面积的二维垂直异质结催化剂既可在界面自发形成内建电场，有效调节co2光还原过程的载流子动力学和热力学途径，又可为co2的吸附转换提供丰富的表面活性位点，显著提高co2光还原性能。然而，已报道的二维垂直异质结中广泛存在非共格相界面，且其层间多为弱范德华力(vdw)，表现出较差的晶格匹配和界面相互作用。非共格相界面处产生的载流子俘获缺陷以及vdw间隙会显著抑制电荷载流子动力学，导致催化剂低的co2光还原性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用超临界流体技术制备铋基二维垂直异质结催化剂的方法，解决上述二维垂直异质结应用于co2光还原存在的多个技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种利用超临界流体技术制备铋基二维垂直异质结催化剂的方法，包括以下步骤：

4、将bi(no3)3·5h2o和kio3分散在去离子水中，所述bi(no3)3·5h2o和kio3的摩尔比为0.5-2.0，剧烈搅拌后，调节溶液ph至1-3，得到悬浮液；

5、将所述悬浮液转移至超临界反应釜中，将反应釜加热至40-200℃，然后将co2通入反应釜至8-30mpa，磁力搅拌1-6h；

6、自然冷却到室温后缓慢释放co2泄压，超临界处理后的悬浮液采用离心方式分离获取沉淀，将沉淀洗涤干燥，得到二维bi2o2co3/bioio3垂直异质结。

7、在一些实施方式中，所述搅拌速度为500-1000r/min。

8、在一些实施方式中，通过加入hno3调节溶液ph。

9、在一些实施方式中，所述离心方式为通过8000rpm的转速离心10min。

10、在一些实施方式中，所述洗涤步骤包括用蒸馏乙醇和水交替洗涤3次，所述干燥步骤包括在333k真空下干燥6h。

11、本发明提供了一种利用超临界流体技术制备二维垂直异质结的方法，超临界环境中，超临界co2的溶剂特性可以加速合成反应动力学，而co2小分子的化学吸附反应策略可以实现bi2o2co3在bioio3上的2d定向自组装，获得化学键合的大尺寸铋基二维垂直异质结。

12、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

13、超临界co2绿色溶剂的低粘度、高扩散性及可调的溶剂化能力等优势可以加速bioio3生成的反应动力学，缩短反应时间，而co2小分子的化学吸附反应策略可以调控bioio3的晶体生长取向，实现分子尺度上的2d定向自组装，进而精准构筑2d bi2o2co3/bioio3垂直异质结。化学键和的大尺寸2d垂直异质结可实现光生载流子的快速传输及其物理空间上的高效分离，进而解决现有bi基异质结因界面单一、形貌不匹配和界面接触不良等原因造成的低co2光还原效率。

技术特征：

1.一种利用超临界流体技术制备铋基二维垂直异质结催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用超临界流体技术制备铋基二维垂直异质结催化剂的方法，其特征在于，所述搅拌速度为500-1000r/min。

3.根据权利要求1所述的一种利用超临界流体技术制备铋基二维垂直异质结催化剂的方法，其特征在于，通过加入hno3调节溶液ph。

4.根据权利要求1所述的一种利用超临界流体技术制备铋基二维垂直异质结催化剂的方法，其特征在于，所述离心方式为通过8000rpm的转速离心10min。

5.根据权利要求1所述的一种利用超临界流体技术制备铋基二维垂直异质结催化剂的方法，其特征在于，所述洗涤步骤包括用蒸馏乙醇和水交替洗涤3次，所述干燥步骤包括在333k真空下干燥6h。

技术总结
本发明公开超临界流体制备二维垂直基异质结催化剂的方法，包括以下步骤：将Bi(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·5H<subgt;2</subgt;O和KIO<subgt;3</subgt;分散在去离子水中，Bi(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·5H<subgt;2</subgt;O和KIO<subgt;3</subgt;的摩尔比为0.5‑2.0，剧烈搅拌后，调节溶液pH至1‑3，得到悬浮液；将悬浮液转移至超临界反应釜中，将反应釜加热至40‑200℃，将CO<subgt;2</subgt;通入反应釜至8‑30MPa，磁力搅拌1‑6h；自然冷却到室温后缓慢释放CO<subgt;2</subgt;泄压，超临界处理后的悬浮液采用离心方式分离获取沉淀，将沉淀洗涤干燥。本发明利用超临界CO<subgt;2</subgt;的溶剂特性和CO<subgt;2</subgt;小分子的定向化学吸附反应策略，实现Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;在BiOIO<subgt;3</subgt;上的二维定向自组装，进而成功制备化学键和、大尺寸的铋基二维垂直异质结。本发明可以解决现有异质结催化剂因界面单一、形貌不匹配和界面接触不良等原因造成的载流子分离效率低等问题，显著提高CO<subgt;2</subgt;光还原性能。

技术研发人员：周燕南,张东东,张守仁,杨保成
受保护的技术使用者：黄河科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15