BiOCl/Bi-MOF异质结光催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及光催化材料的制备，是一种biocl/bi-mof异质结光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、现如今由于化石燃料的大量使用，二氧化碳（co2）的排放污染已经成为亟待解决的问题，光催化技术类似于“人工光合作用”，可以通过太阳能将co2还原为co和高价值的碳氢化合物。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生绿色能源，在使用过程中不会产生二次污染。迄今为止，光催化还原co2已经作为一种可持续的绿色方法被广泛应用。

2、铋基半导体材料由于其具有独特的结构、优异的光催化性能、合适的带隙而得到广泛研究。biocl作为光催化剂，其结构简单，是典型的卤氧化铋开放式层状结构。具有高化学稳定性、合适的带隙结构（≈2.93ev）、无毒、对可见光有良好的响应等优点备受关注，但单一biocl的光生载流子极易复合，在实际应用中很难达到要求，将另一具有合适能带结构的半导体材料与其复合，成为了一种有效策略。

3、例如，li等人（applied catalysis b:environmental., 2018, 238, 61-69）通过溶剂热法制备了具有氧空位的z型biocl/bi2o3异质结分级异质结构，控制电荷转移以用于高效的光催化降解硝基苯酚，所制备的复合样品表现出优异的降解性能；jiang等人（inorganic. chemistry. 2022, 61, 10557-10566）构建了具有s型异质结电荷转移的2dcspbbr3/biocl用于光催化还原co2，将co2转换为co的性能优异；此外，song等人（appliedsurface science. 2022, 583, 152463.）报道了一种电子诱导增强cuo/biocl异质结构界面相互作用的复合材料，成功提高模拟太阳光下的co2还原性能。

4、近年来，多孔结晶金属有机骨架(mofs)材料由于其灵活的配位环境、可调节的电子结构和对小分子的强大吸附能力，在能量传递或电荷转移领域引起了研究的热潮。

5、目前，将铋基半导体材料biocl和多孔结晶金属铋有机骨架(bi-mof)材料结合尚未见报道。

技术实现思路

1、本发明提供了一种biocl/bi-mof异质结光催化剂及其制备方法和应用，克服了上述现有技术之不足，其具有合适的带隙和较负的导带位置，能够产生强还原性的光生电子，具有优异的光催化还原性能。

2、本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种biocl/bi-mof异质结光催化剂，按下述方法得到：

3、第一步，将bi(no3)3·5h2o溶于乙二醇中，得到溶液a，将对苯二甲酸溶于n,n-二甲基甲酰胺中，得到溶液b；

4、第二步，将溶液a和溶液b混合，得到混合溶液一，将混合溶液一搅拌至浑浊状态；

5、第三步，将混合溶液一加热并发生反应后，得到反应产物一，将反应产物一经过冷却、清洗、离心和干燥后，得到bi-mof；

6、第四步，将bi-mof分散于无水乙醇中，再加入含氯化钾的乙二醇溶液，得到混合溶液二；

7、第五步，将混合溶液二加热并发生反应后，得到反应产物二，将反应产物二经过冷却、清洗、离心和干燥后，得到biocl/bi-mof异质结光催化剂。

8、下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

9、上述第一步中，每1mmol的bi(no3)3·5h2o溶于20ml至25ml的乙二醇中，每1mmol的对苯二甲酸溶于10ml至15ml的n,n-二甲基甲酰胺中，混合溶液一中的bi(no3)3·5h2o和对苯二甲酸的摩尔比为2:3。

10、上述第四步中，每0.2g的bi-mof溶于40ml至45ml无水乙醇中。

11、上述第四步中，bi-mof与氯化钾的质量比为2.0：2.0至2.5，含氯化钾的乙二醇溶液是将0.20g至0.25g的氯化钾溶于30ml至35ml乙二醇中得到。

12、上述第三步中，反应温度为150℃至155℃，反应时间为16.0h至16.5h。

13、上述第五步中，反应温度为120℃至125℃，反应时间为12.0h至12.5h。

14、上述第三步中，冷却至室温，清洗为用水和无水乙醇交替清洗2次至3次，每次清洗时间为5min至10min,干燥为在60℃至65℃真空干燥10h至12h。

15、上述第五步中，冷却至室温，清洗为用水和无水乙醇交替清洗2次至3次，每次清洗时间为5min至10min,干燥为在60℃至65℃真空干燥10h至12h。

16、本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种biocl/bi-mof异质结光催化剂的制备方法，按下述方法进行：

17、第一步，将bi(no3)3·5h2o溶于乙二醇中，得到溶液a，将对苯二甲酸溶于n,n-二甲基甲酰胺中，得到溶液b；

18、第二步，将溶液a和溶液b混合，得到混合溶液一，将混合溶液一搅拌至浑浊状态；

19、第三步，将混合溶液一加热并发生反应后，得到反应产物一，将反应产物一经过冷却、清洗、离心和干燥后，得到bi-mof；

20、第四步，将bi-mof分散于无水乙醇中，再加入含氯化钾的乙二醇溶液，得到混合溶液二；

21、第五步，将混合溶液二加热并发生反应后，得到反应产物二，将反应产物二经过冷却、清洗、离心和干燥后，得到biocl/bi-mof异质结光催化剂。

22、本发明的技术方案之三是通过以下措施来实现的：一种biocl/bi-mof异质结光催化剂在光催化还原二氧化碳中的应用。

23、本发明biocl/bi-mof异质结光催化剂具有合适的带隙和较负的导带位置，能够产生强还原性的光生电子，具有优异的光催化还原性能，同时，其制备工艺简单，绿色无污染，采用水热法制备，易操作，原料廉价易得，适用于规模化生产。

技术特征：

1.一种biocl/bi-mof异质结光催化剂，其特征在于按下述方法得到：

2.根据权利要求1所述的biocl/bi-mof异质结光催化剂，其特征在于第一步中，每1mmol的bi(no3)3·5h2o溶于20ml至25ml的乙二醇中，每1mmol的对苯二甲酸溶于10ml至15ml的n,n-二甲基甲酰胺中，混合溶液一中的bi(no3)3·5h2o和对苯二甲酸的摩尔比为2:3。

3.根据权利要求1或2所述的biocl/bi-mof异质结光催化剂，其特征在于第四步中，每0.2g的bi-mof溶于40ml至45ml无水乙醇中。

4.根据权利要求1或2或3所述的biocl/bi-mof异质结光催化剂，其特征在于第四步中，bi-mof与氯化钾的质量比为2.0：2.0至2.5，含氯化钾的乙二醇溶液是将0.20g至0.25g的氯化钾溶于30ml至35ml乙二醇中得到。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的biocl/bi-mof异质结光催化剂，其特征在于第三步中，反应温度为150℃至155℃，反应时间为16.0h至16.5h。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的biocl/bi-mof异质结光催化剂，其特征在于第五步中，反应温度为120℃至125℃，反应时间为12.0h至12.5h。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的biocl/bi-mof异质结光催化剂，其特征在于第三步中，冷却至室温，清洗为用水和无水乙醇交替清洗2次至3次，每次清洗时间为5min至10min,干燥为在60℃至65℃真空干燥10h至12h。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的biocl/bi-mof异质结光催化剂，其特征在于第五步中，冷却至室温，清洗为用水和无水乙醇交替清洗2次至3次，每次清洗时间为5min至10min,干燥为在60℃至65℃真空干燥10h至12h。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的biocl/bi-mof异质结光催化剂的制备方法，其特征在于按下述方法进行：

10.一种根据权利要求1至8中任一项所述的biocl/bi-mof异质结光催化剂在光催化还原二氧化碳中的应用。

技术总结
本发明涉及光催化材料的制备技术领域，是一种BiOCl/Bi‑MOF异质结光催化剂及其制备方法和应用，前者按下述方法得到：是将溶于不同溶剂中的Bi(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·5H<subgt;2</subgt;O和对苯二甲酸混合并发生水热反应后，得到Bi‑MOF，然后，向Bi‑MOF中加入含氯化钾的乙二醇溶液混合并发生反应后得到。本发明BiOCl/Bi‑MOF异质结光催化剂具有合适的带隙和较负的导带位置，能够产生强还原性的光生电子，具有优异的光催化还原性能，同时，其制备工艺简单，绿色无污染，采用水热法制备，易操作，原料廉价易得，适用于规模化生产。

技术研发人员：徐梦姣,石皓坔,王鲁香,艾礼莉,郭楠楠
受保护的技术使用者：新疆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24