專利名稱：一種SnO₂/BiOCl異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，具體為一種Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
BiOCl作為一個(gè)在電、氣、磁、光、熒光和催化性能均良好的材料，展現(xiàn)出了其廣闊的應(yīng)用空間。近年來，人們發(fā)現(xiàn)BiOCl在凈化紡織染料和污染廢水方面可以作為一個(gè)潛在的優(yōu)良的光催化材料。在2007年，Huang和他的同伴第一個(gè)報(bào)導(dǎo)其在降解染料MO時(shí)，BiOCl比P25表現(xiàn)出更好的性能。為了進(jìn)一步的提高BiOCl的催化活性，并探討其可能的應(yīng)用，可以采用如下的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)如形貌控制，貴金屬沉積，離子參雜，表面敏化，異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料等。
作為目前研究最廣的提高催化活性手段之一，復(fù)合半導(dǎo)體材料形成異質(zhì)結(jié)得到越來越多的關(guān)注。半導(dǎo)體的復(fù)合可以明顯加快光生載流子的分離率，且有效阻礙其重組，因此復(fù)合半導(dǎo)體材料的活性遠(yuǎn)高于單個(gè)的半導(dǎo)體材料。迄今為止，諸如Ti02/Bi0I、Agl/BiOI、Bi0Cl/Bi203>NaBi03/Bi0Cl等鉍鹵化物都已經(jīng)被研究。但是，由于兩個(gè)半導(dǎo)體之間不同的能帶和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如何選擇匹配的半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合以發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)成為制備復(fù)合材料的關(guān)鍵問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有可見光吸收的Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。一種Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其步驟如下(I)室溫條件下，將5mmol Bi (NO3) 3 ·5Η20溶解于IOmL乙二醇中，邊攪拌邊加入一定量的SnCl2 · 2Η20，待溶液澄清后，在原溶液中倒入30mL乙醇，繼續(xù)攪拌30min ；(2)將步驟(I)的混合液(前驅(qū)液)移入50mL反應(yīng)釜中，在烘箱中進(jìn)行醇熱反應(yīng)，然后經(jīng)由乙醇洗滌，80°C烘干；(3)在馬弗爐中進(jìn)行熱處理即得到所制備樣品。步驟(I)中SnCl2 · 2H20 的量為 I. 25 IOmmol。步驟(2)醇熱反應(yīng)的溫度為140 180°C，反應(yīng)時(shí)間為12 42h。步驟(3)中熱處理的方式為在空氣中500°C焙燒4h。SnO2禁帶寬度為3.5-3. 6eV，與BiOCl (3. 4-3. 5eV)的相匹配，因此本發(fā)明中選用一步醇熱法原位合成Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)光催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)催化劑在可見光(>420nm)照射下，表現(xiàn)出了良好的光催化活性，大大高于單一的半導(dǎo)體光催化劑。本發(fā)明采用一步醇熱法原位合成Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)光催化劑，此法的優(yōu)點(diǎn)是制備過程簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件可控性強(qiáng)。結(jié)果表明此法制備的Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)光催化劑中SnO2納米粒子與BiOCl納米粒子緊緊的粘合在一起，在兩類不同的晶體接觸面形成了牢固的結(jié)(異質(zhì)結(jié))，使界面電子傳遞更為流暢有效，比單一 SnO2和BiOCl半導(dǎo)體具有更高的光催化活性，能有效處理高濃度染料廢水羅丹明B溶液(100mg/L),它在環(huán)境治理尤其是高濃度染料廢水水污染處理方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。


圖I為實(shí)施例I制得樣品的XRD圖；圖2為實(shí)施例I制得樣品的FESEM圖；圖3為實(shí)施例I制得樣品的HRTEM圖；圖4為Sn02，BiOCl和實(shí)施例I制得的Sn02/Bi0Cl樣品的紫外-可見漫反射光譜圖； 圖5為實(shí)施例I制得的Sn02/Bi0Cl樣品的低溫氮?dú)馕?脫附曲線圖；圖6為實(shí)施例I制得的Sn02/Bi0Cl樣品的孔徑分布圖；圖7為SnO2, BiOCl和實(shí)施例I制得的Sn02/Bi0Cl樣品在可見光(λ >420nm)下光催化降解羅丹明B (IOOmg. L—1)活性圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)、完整的說明實(shí)施例I室溫條件下，將5mmol Bi (NO3) 3 ·5Η20溶解于IOmL乙二醇中，邊攪拌邊加入5mmolSnCl2 · 2H20，待溶液澄清后，在原溶液中倒入30mL乙醇，繼續(xù)攪拌30min后移入50mL反應(yīng)釜中，于160°C條件下醇熱24h，然后經(jīng)由乙醇洗滌，80°C烘干，500°C焙燒4h后得到所制備樣品。圖I為實(shí)施例I制得樣品的XRD圖，產(chǎn)物結(jié)晶良好，與標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比可知，圖中的峰分別對(duì)應(yīng)于SnO2和BiOCl的特征衍射峰，不存在其他雜相。BiOCl是一個(gè)四方相結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)A = B = 0.3895 A ,C = 0.7373 A，而SnO2為四方相金紅石型結(jié)構(gòu)。從圖2的FESEM圖中可以看出，樣品為微球形態(tài)，由破碎部分可知球狀物質(zhì)的外表和內(nèi)在都是多孔結(jié)構(gòu)。樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的用高分辨電鏡進(jìn)行觀察，從圖3中可以看出，SnO2和BiOCl均表現(xiàn)出了清晰的晶格條紋，顯示其結(jié)晶性質(zhì)。SnO2納米顆粒的晶格間距是O. 25nm,與四方相的SnO2(IOl)面的晶格間距保持一致；而O. 35nm相當(dāng)于四方相BiOCl (101)面的晶格間距。SnO2納米粒子與BiOCl納米粒子緊緊的粘合在一起，清晰的顯示在兩類不同的晶體接觸面形成了牢固的結(jié)(異質(zhì)結(jié))。由圖4可知在紫外光區(qū)域三者均表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸收，而在可見光區(qū)域，相對(duì)于純SnO2和BiOCl，Sn02/Bi0Cl復(fù)合物表現(xiàn)出極強(qiáng)的吸收，說明成功地將光響應(yīng)范圍從紫外光拓展到可見光，對(duì)太陽(yáng)光的利用率大大提高。圖5和6分別為實(shí)施例I制得的Sn02/Bi0Cl樣品的氮?dú)馕?脫附等溫線和孔徑分布圖，圖中可以看出其脫附-吸附可逆性極好，樣品的比表面積為71. 6m2/g，孔徑約為9. 9nm。
圖7為SnO2, BiOCl和實(shí)施例I制得的Sn02/Bi0Cl樣品在可見光(λ >420nm)下光催化降解羅丹明B (IOOmg. L-1)活性圖，通過對(duì)比的得知，Sn02/Bi0Cl樣品的催化活性大大高于單一的SnO2和BiOCl,光照4h便可完全降解IOOmg. L-1的羅丹明B水溶液,顯示出極好的光催化性能。實(shí)施例2重復(fù)實(shí)施例I的操作步驟，不同之處在于SnCl2 · 2H20的加入量為2. 5mmol，結(jié)果和實(shí)施例I類似，但是樣品中SnO2比實(shí)施例I樣品的含量低，BiOCl的含量則高。實(shí)施例3重復(fù)實(shí)施例I的操作步驟，不同之處在于SnCl2 · 2H20的加入量為7. 5mmol，結(jié)果和實(shí)施例I類似，但是樣品中SnO2比實(shí)施例I樣品的含量高，BiOCl的含量則低。
實(shí)施例4重復(fù)實(shí)施例I的操作步驟，不同之處在于醇熱反應(yīng)溫度設(shè)置為150°C，結(jié)果和實(shí)施例I類似。實(shí)施例5重復(fù)實(shí)施例I的操作步驟，不同之處在于醇熱反應(yīng)溫度設(shè)置為180°C，結(jié)果和實(shí)施例I類似。實(shí)施例6重復(fù)實(shí)施例I的操作步驟，不同之處在于步驟(2)中在醇熱反應(yīng)時(shí)間為18h，結(jié)果和實(shí)施例I類似。實(shí)施例6重復(fù)實(shí)施例I的操作步驟，不同之處在于步驟(2)中在醇熱反應(yīng)時(shí)間為36h，結(jié)果和實(shí)施例I類似。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于 其步驟如下 (1)室溫條件下，將5mmolBi (NO3) 3 ·5Η20溶解于IOmL乙二醇中，邊攪拌邊加入一定量的SnCl2 · 2Η20，待溶液澄清后，在原溶液中倒入30mL乙醇，繼續(xù)攪拌30min ； (2)將步驟(I)的混合液(前驅(qū)液)移入50mL反應(yīng)釜中，在烘箱中進(jìn)行醇熱反應(yīng)，然后經(jīng)由乙醇洗滌，80°C烘干； (3)在馬弗爐中進(jìn)行熱處理即得到所制備樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(I)中 SnCl2 · 2H20 的量為 I. 25 IOmmol。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(2)醇熱反應(yīng)的溫度為140 180°C，反應(yīng)時(shí)間為12 42h。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Sn02/Bi0Cl異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(3)中熱處理的方式為在空氣中500°C焙燒4h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SnO2/BiOCl異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，包括如下步驟室溫條件下，將5mmol Bi(NO3)3.5H2O溶解于10mL乙二醇中，邊攪拌邊加入一定量的SnCl2.2H2O，待溶液澄清后，在原溶液中倒入30mL乙醇，繼續(xù)攪拌30min；將前驅(qū)液移入50mL反應(yīng)釜中，在烘箱中進(jìn)行醇熱反應(yīng)，然后經(jīng)由乙醇洗滌，80℃烘干；在馬弗爐中進(jìn)行熱處理得到所制備樣品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為制備過程簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件可控性強(qiáng)。所制備樣品比單一SnO2和BiOCl半導(dǎo)體具有更高的光催化活性，能有效處理高濃度染料廢水羅丹明B溶液，它在環(huán)境治理尤其是高濃度染料廢水水污染處理方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C02F1/30GK102847546SQ20121016332
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者李貴生, 吳玲, 張巖琛, 張姍姍, 李和興 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)