專利名稱：一種納米片自組裝C摻雜(BiO)₂CO₃微球可見光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是ー種納米片自組裝C摻雜(BiO)2CO3微球可見光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染和能源短缺是當(dāng)前人類面臨的重大挑戰(zhàn)，利用太陽能解決全球性的環(huán)境和能源問題越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。光催化可以直接利用太陽能中的可見光降解和礦化水與空氣中的各種污染物，并能將低密度的太陽光能轉(zhuǎn)化為高密度的化學(xué)能和電能， 在凈化環(huán)境污染物和開發(fā)清潔能源等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。光催化技術(shù)走向環(huán)境和能源應(yīng)用的關(guān)鍵是開發(fā)出高效光催化材料。但現(xiàn)有光催化材料光量子轉(zhuǎn)換效率較低，光響應(yīng)范圍窄，可見光利用率低，這是制約該技術(shù)發(fā)展的主要問題。解決該問題的主要途徑有(I)以TiO2為基材進(jìn)行金屬摻雜、非金屬摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、光敏化改性、加氫處理等；(2)開發(fā)新型窄禁帶半導(dǎo)體材料，如復(fù)合金屬氧化物、氮氧金屬化物等；(3)開發(fā)基于等離子體效應(yīng)的新興光催化材料,如Ag/AgX(X = Cl、Br、I)和Ag/AgIAl2O3等。上述三種類型的光催化材料在環(huán)境污染物降解、光解水制氫以及太陽能電池中均展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。在對半導(dǎo)體類光催化劑的研究中，鉍系半導(dǎo)體材料具有獨特的電子結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的光吸收能力和較高的光催化性能，其得到的較廣泛的研究和開發(fā)。目前，被廣泛用作光催化劑的鉍系半導(dǎo)體材料有(BiO)2CO3^Bi2WO6, Bi4Ti3O12, BiOX, BiVO4, BiFeO3 和 Bi2Ti2O7,在這些鉍系半導(dǎo)體材料中尤其是(BiO)2CO3的應(yīng)用最為廣泛。在(BiO)2CO3的結(jié)構(gòu)中，Bi 6s和Bi6p軌道分別參與價帶和導(dǎo)帶的構(gòu)成，使禁帶寬度變窄；Bi 6s和O 2p軌道雜化使得鉍系光催化劑的價帶更為分散，有利于光生空穴在價帶上的移動，從而降低光生空穴與光生電子的復(fù)合，使得鉍系光催化劑具有良好的光催化活性。專利公開號為CN101817555A的中國專利文獻(xiàn)公開了ー種具有分等級結(jié)構(gòu)的碳酸氧鉍微米花材料及其制備方法，該方法首先將硝酸鉍溶解在稀硝酸里面，然后將其逐滴加入過量的碳酸鈉溶液中，得到具有分等級結(jié)構(gòu)的碳酸氧鉍微米花材料，但是該方法制備的碳酸氧鉍結(jié)晶度不高，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，光催化活性不夠理想。專利公開號為CN102275987A的中國專利文獻(xiàn)公開了ー種納微米級板片碳酸氧鉍材料及其制備方法，首先制備尿素水溶液，然后將其與五水硝酸鉍混合，再將得到的混合溶液在壓強為3MPa以上、溫度為100°C 200°C的條件下保溫I小吋 4小時，反應(yīng)完成后得到納微米板片碳酸氧鉍材料，但是該方法制備的碳酸氧鉍的形態(tài)不可控，使得光催化活性較低。現(xiàn)有文獻(xiàn)有報道的(BiO)2CO3未經(jīng)摻雜，禁帶寬度為3. I 3. 5eV，不能吸收可見光，僅在紫外光照射下才具有光催化活性，限制了(BiO)2CO3類鉍系光催化劑的應(yīng)用。為了拓展(BiO)2CO3對可見光的吸收，本發(fā)明采用水熱法制備了由納米片組裝而成的C摻雜(BiO) 2C03分級微球。C摻雜使(BiO) 2C03的禁帶寬度減小，納米片狀結(jié)構(gòu)(BiO) 2C03有利于在光催化過程中光生電荷的分離和傳輸，進(jìn)而抑制電子和空穴的復(fù)合，提高了其光催化性能；由納米片自組裝得到的層狀分級結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的擴(kuò)散傳遞，并且光線在納米片之間會產(chǎn)生反射，進(jìn)而能夠提高其對光源的利用率，進(jìn)ー步提高了其光催化性能。因此，本發(fā)明制備的C摻雜(BiO)2CO3在可見光照射下表現(xiàn)出增強的可見光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種納米片自組裝C摻雜(BiO)2CO3微球可見光催化劑的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種納米片自組裝C摻雜(BiO)2CO3微球可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟(I)將含鉍前驅(qū)體、可溶性碳酸鹽和摻雜碳源溶于水溶液中，攪拌30min，所得混 合液轉(zhuǎn)移到高壓水熱釜，在120 250°C進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)時間為3 100小時；(2)水熱反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，濾出沉淀物，沉淀物分別用去離子水和こ醇清洗，烘干，即得到由納米片自組裝而成的C摻雜(BiO)2CO3微球。所述的制備方法，步驟(I)所述的含鉍前驅(qū)體為檸檬酸鉍或檸檬酸鉍氨之一，含鉍前驅(qū)體濃度為O. 001 I. OmoI/LO所述的制備方法，所述可溶性碳酸鹽為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀或碳酸氫鉀。所述的制備方法，步驟⑴所述的摻雜C源為葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、或淀粉。所述的制備方法，所述含鉍前驅(qū)體與所述可溶性碳酸鹽的摩爾比為I : (O. I 20)。所述的制備方法，步驟⑴所述含鉍前驅(qū)體和摻雜碳源的摩爾比例為I (O. 01 I. O)。所述的制備方法，步驟(I)所述的優(yōu)選水熱反應(yīng)溫度180°C，優(yōu)選反應(yīng)時間為24 48h,優(yōu)選含秘前驅(qū)體和摻雜碳源的摩爾比為I : 0.15。所述的制備方法，C摻雜(BiO)2CO3微球是由厚度為10 50nm的納米片自組裝而成，微球大小為O. 2 10 μ m。的所述制備方法，步驟(I)進(jìn)行水熱反應(yīng)時的填充度，即混合溶液的體積占高壓釜內(nèi)襯體積的比例為10 90%，優(yōu)選的填充度為60 80%。所述的所述制備方法，所述的納米片自組裝C摻雜(BiO)2CO3微球中碳摻雜量為
O.05 5. 0%。未摻雜(BiO)2CO3禁帶寬度較大，不能吸收可見光且不具備可見光催化活性。通過本發(fā)明制備的C摻雜(BiO)2CO3，其摻雜C元素使(BiO)2CO3禁帶寬度減小并具有可見光催化活性。本發(fā)明提供的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑為納米片形成的微球，相對于顆粒物形態(tài)的碳酸氧鉍來說，這種層狀ニ維結(jié)構(gòu)納米片在光催化的過程中有利于光電子和空穴的分離和傳輸，進(jìn)而抑制電子和空穴的復(fù)合，提高其光催化性能；所述由碳酸氧鉍納米片形成的微球為分級結(jié)構(gòu)，這種分級結(jié)構(gòu)的碳酸氧鉍微球能夠促進(jìn)反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散傳遞，并且光線能夠在碳酸氧鉍納米片之間反射，從而提高了對光源的利用率，進(jìn)ー步提高其光催化性能。本發(fā)明提供的碳酸氧鉍光催化劑具有較高的結(jié)晶度，這種良好結(jié)晶度的碳酸氧鉍的缺陷少，進(jìn)而促進(jìn)光生電子和空穴的分離，更進(jìn)一步地提高其光催化性能。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的碳酸氧鉍光催化劑對NO的去除率為30% 45%，說明其具有較高的可見光催化活性。


圖I為本發(fā)明實施例I制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜；圖2為本發(fā)明實施例I制備的光催化劑的SEM圖像；圖3為本發(fā)明實施例2制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜；圖4為本發(fā)明實施例2制備的光催化劑的SEM圖像；圖5為本發(fā)明實施例3制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜； 圖6為本發(fā)明實施例4制備的光催化劑的XRD圖譜；圖7為本發(fā)明實施例5制備的光催化劑的XRD圖譜；圖8為本發(fā)明實施例6制備的光催化劑的TEM圖像；圖9為本發(fā)明實施例7制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜；圖10為本發(fā)明實施例8制備的光催化劑的SEM圖像；圖11為本發(fā)明實施例9制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜；圖12為本發(fā)明實施例10制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施案例I將O. 46g碳酸鈉溶于75mL去離子水中，向其中加入O. 0580g葡萄糖，再向其中加入I. 6g檸檬酸鉍(檸檬酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為O. 926 1，檸檬酸鉍與葡萄糖的摩爾比為12. 476 1，檸檬酸鉍濃度為O. 0536mol/L)，攪拌30分鐘后，將得到的混合溶液移入IOOmL的高壓水熱釜中，在180°C下反應(yīng)24小吋。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、過濾、2次水洗和2次こ醇洗，然后在80°C下烘干得到的固體，得到C摻雜(BiO)2CO3光催化劑。對得到的C摻雜(BiO) 2C03光催化劑進(jìn)行UV-vis DRS分析，結(jié)果如圖I所示，圖I為本發(fā)明實施例I制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑的UV-vis DRS圖譜，結(jié)果表明，與未摻雜(BiO)2CO3相比，由于C摻雜的作用，本實施例制備的C摻雜(BiO)2CO3對可見光有大幅吸收，禁帶寬帶減小為2. 9eV。本發(fā)明將得到的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑進(jìn)行SEM分析，結(jié)果如圖2所示，圖2為本發(fā)明實施例I制備的碳酸氧鉍光催化劑的SEM圖像，由圖2可以看出，本實施例制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑為納米片自組裝而成的實心層狀微球，微球的直徑約為O. 8 μ m I. 5 μ m,納米片厚度為40 50nm。本發(fā)明研究了得到的碳酸氧鉍光催化劑的光催化活性，具體過程如下在相對濕度為60%,氧氣含量為21%的環(huán)境中，將O. Ig實施例I得到的碳酸氧秘光催化劑置于NO流中，所述NO的初始濃度為450ppb，所述NO流的流量為3. 3L/min，采用功率均為300鹵鎢燈(通過400nm光學(xué)濾光片濾除紫外光)對所述碳酸氧鉍光催化劑進(jìn)行可見光照射，計算得到實施例I制備的鉍系光催化劑對NO的去除率為36. 7%，結(jié)果如表I所示，表I為本發(fā)明實施例與比較例得到的碳酸氧鉍光催化劑的催化性能測試結(jié)果。結(jié)果表明，本實施例I制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的可見光催化活性。實施案例2將O. 46g碳酸鈉溶于75mL去離子水中，向其中加入O. 1160g葡萄糖，再向其中加入I. 6g檸檬酸鉍(檸檬酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為O. 926 I ;檸檬酸鉍與葡萄糖的摩爾比為6. 238 I ;檸檬酸鉍濃度為O. 0536mol/L)，攪拌30分鐘后，將得到的混合溶液移入IOOmL的高壓水熱釜中，在180°C下反應(yīng)24小吋。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、過濾、2次水洗和2次こ醇洗，然后在80°C下烘干得到的固體，得到C摻雜(BiO)2CO3光催化劑。圖3為本發(fā)明實施例2制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜，結(jié)果表明，與未摻雜(BiO) 2C03相比，由于C摻雜的作用，本實施例制備的C摻雜(BiO) 2C03對可見光有大幅吸收， 禁帶寬帶減小為2. 7eV。本發(fā)明將得到的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑進(jìn)行SEM分析，結(jié)果如圖4所示，圖4為本發(fā)明實施例2制備的碳酸氧鉍光催化劑的SEM圖像，由圖4可以看出，本實施例制備的C摻雜(BiO) 2C03光催化劑為納米片自組裝而成的實心層狀微球，微球的直徑約為O. 8 μ m I. 2 μ m,納米片厚度為30 40nm。本發(fā)明按照實施例I提供的方法研究了本實施例制備的光催化劑的光催化性能，結(jié)果如表I所示，表I為本發(fā)明實施例與比較例得到的碳酸氧鉍光催化劑的催化性能測試結(jié)果。結(jié)果表明，本實施例2制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的可見光催化活性。實施案例3將O. 46g碳酸鈉溶于75mL去離子水中，向其中加入O. 20g葡萄糖，再向其中加入I. 6g檸檬酸鉍(檸檬酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為O. 926 I ;檸檬酸鉍與葡萄糖的摩爾比為3. 618 I ;檸檬酸鉍濃度為O. 0536mol/L)，攪拌30分鐘后，將得到的混合溶液移入IOOmL的高壓水熱釜中，在180°C下反應(yīng)24小吋。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、過濾、2次水洗和2次こ醇洗，然后在80°C下烘干得到的固體，得到C摻雜(BiO)2CO3光催化齊 。圖5為本發(fā)明實施例3制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜，結(jié)果表明，與未摻雜(BiO) 2C03相比，由于C摻雜的作用，本實施例制備的C摻雜(BiO) 2C03對可見光有大幅吸收，禁帶寬帶減小為2. 5eV。本發(fā)明按照實施例I提供的方法研究了本實施例制備的光催化劑的光催化性能，結(jié)果如表I所示，表I為本發(fā)明實施例與比較例得到的碳酸氧鉍光催化劑的催化性能測試結(jié)果。結(jié)果表明，本實施例3制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的可見光催化活性。實施案例4將O. 46g碳酸鈉溶于75mL去離子水中，向其中加入O. 1160g麥芽糖，再向其中加入I. 6g檸檬酸鉍(檸檬酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為O. 926 I ;檸檬酸鉍與麥芽糖的摩爾比為11. 863 I ;檸檬酸鉍濃度為O. 0536mol/L)，攪拌30分鐘后，將得到的混合溶液移入IOOmL的高壓水熱釜中，在180°C下反應(yīng)24小吋。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、過濾、2次水洗和2次こ醇洗，然后在80°C下烘干得到的固體，得到C摻雜(BiO)2CO3光催化劑。本發(fā)明對得到的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑進(jìn)行X-射線衍射分析，結(jié)果如圖6所示，圖6為本發(fā)明實施例4制備的碳酸氧鉍光催化劑的XRD圖譜，結(jié)果表明，本實施例制備的C摻雜(BiO)2CO3具有穩(wěn)定和完整的(BiO)2CO3晶型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明按照實施例I提供的方法研究了本實施例制備的光催化劑的光催化性能，結(jié)果如表I所示，表I為本發(fā)明實施例4與比較例得到的碳酸氧鉍光催化劑的催化性能測試結(jié)果。結(jié)果表明，本實施例制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的可見光催化活性。實施案例5將O. 60g碳酸鉀溶于75mL去離子水中，向其中加入O. 1160g麥芽糖，再向其中加入I. 6g檸檬酸鉍(檸檬酸鉍與碳酸鉀的摩爾比為O. 926 I ;檸檬酸鉍與麥芽糖的摩爾 比為11. 863 I ;檸檬酸鉍濃度為O. 0536mol/L)，攪拌30分鐘后，將得到的混合溶液移入IOOmL的高壓水熱釜中，在180°C下反應(yīng)24小吋。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、過濾、2次水洗和2次こ醇洗，然后在80°C下烘干得到的固體，得到C摻雜(BiO)2CO3光催化劑。本發(fā)明對得到的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑進(jìn)行X-射線衍射分析，結(jié)果如圖7所示，圖7為本發(fā)明實施例5制備的碳酸氧鉍光催化劑的XRD圖譜，結(jié)果表明，本實施例制備的C摻雜(BiO)2CO3具有穩(wěn)定和完整的(BiO)2CO3晶型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明按照實施例I提供的方法研究了本實施例制備的光催化劑的光催化性能，結(jié)果如表I所示，表I為本發(fā)明實施例與比較例得到的碳酸氧鉍光催化劑的催化性能測試結(jié)果。結(jié)果表明，本實施例5制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的可見光催化活性。實施案例6將O. 60g碳酸鉀溶于75mL去離子水中，向其中加入O. 1160g果糖，再向其中加入I. 6g檸檬酸鉍(檸檬酸鉍與碳酸鉀的摩爾比為O. 926 I ;檸檬酸鉍與果糖的摩爾比為6. 238 I ;檸檬酸鉍濃度為O. 0536mol/L)，攪拌30分鐘后，將得到的混合溶液移入IOOmL的高壓水熱釜中，在180°C下反應(yīng)24小吋。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、過濾、2次水洗和2次こ醇洗，然后在80°C下烘干得到的固體，得到C摻雜(BiO)2CO3光催化齊 。本發(fā)明將得到的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑進(jìn)行TEM分析，結(jié)果如圖8所示，圖8為本發(fā)明實施例6制備的碳酸氧鉍光催化劑的TEM圖像，由圖6可以看出，本實施例制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑為納米片自組裝而成的微球，微球的直徑約為I μ m，中心孔洞大小約為50nm。本發(fā)明按照實施例I提供的方法研究了本實施例制備的光催化劑的光催化性能，結(jié)果如表I所示，表I為本發(fā)明實施例與比較例得到的碳酸氧鉍光催化劑的催化性能測試結(jié)果。結(jié)果表明，本實施例6制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的可見光催化活性。實施案例7將O. 46g碳酸鈉溶于75mL去離子水中，向其中加入O. 0290g蔗糖，再向其中加入I. 6g檸檬酸鉍(檸檬酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為O. 926 I ;檸檬酸鉍與蔗糖的摩爾比為47. 451 I ;檸檬酸鉍濃度為O. 0536mol/L)，攪拌30分鐘后，將得到的混合溶液移入IOOmL的高壓水熱釜中，在160°C下反應(yīng)24小吋。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、過濾、2次水洗和2次こ醇洗，然后在80°C下烘干得到的固體，得到C摻雜(BiO)2CO3光催化齊 。圖9為本發(fā)明實施例7制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜，結(jié)果表明，與未摻雜(BiO) 2C03相比，本實施例制備的C摻雜(BiO)2C03對可見光有明顯吸收，禁帶寬帶減小為
3.OeV0
本發(fā)明按照實施例I提供的方法研究了本實施例制備的光催化劑的光催化性能，結(jié)果如表I所示，表I為本發(fā)明實施例與比較例得到的碳酸氧鉍光催化劑的催化性能測試結(jié)果。結(jié)果表明，本實施例7制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的催化活性。實施案例8將O. 46g碳酸鈉溶于75mL去離子水中，向其中加入O. 20g淀粉，再向其中加入I. 6g檸檬酸鉍(檸檬酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為O. 926 I ;檸檬酸鉍與淀粉的摩爾比不可知(原因是淀粉的分子量不確定)；檸檬酸鉍濃度為0.0536mol/L)，攪拌30分鐘后，將得到的混合溶液移入IOOmL的高壓水熱釜中，在180°C下反應(yīng)24小吋。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、過濾、2次水洗和2次こ醇洗，然后在80°C下烘干得到的固體，得到C摻雜(BiO)2CO3光催化劑。圖10為本發(fā)明實施例8制備的碳酸氧鉍光催化劑的SEM圖像，由圖10可以看出，本實施例制備的C摻雜(BiO) 2C03光催化劑為納米片自組裝而成的實心層狀微球，微球的直徑約為I μ m I. 5 μ m,納米片厚度為20 30nm。本發(fā)明按照實施例I提供的方法研究了本實施例制備的光催化劑的光催化性能，結(jié)果如表I所示，表I為本發(fā)明實施例與比較例得到的碳酸氧鉍光催化劑的催化性能測試結(jié)果。結(jié)果表明，本實施例8制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的可見光催化活性。實施案例9將O. 64g碳酸氫鈉溶于75mL去離子水中，向其中加入O. 1160g蔗糖，再向其中加入I. 6g檸檬酸鉍氨(檸檬酸鉍氨與碳酸氫鈉的摩爾比為O. 465 I ;檸檬酸鉍氨與蔗糖的摩爾比為10. 446 I ;檸檬酸鉍氨濃度為O. 0472mol/L)，攪拌30分鐘后，將得到的混合溶液移入IOOmL的高壓水熱釜中，在160°C下反應(yīng)24小吋。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、過濾、2次水洗和2次こ醇洗，然后在80°C下烘干得到的固體，得到C摻雜(BiO) 2C03光催化劑。圖11為本發(fā)明實施例9制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜，結(jié)果表明，與未摻雜(BiO)2CO3相比，本實施例制備的C摻雜(BiO)2CO3對可見光大幅吸收顯吸收，禁帶寬帶減小為 2. 7eV。本發(fā)明按照實施例I提供的方法研究了本實施例制備的光催化劑的光催化性能，結(jié)果如表I所示，表I為本發(fā)明實施例與比較例得到的碳酸氧鉍光催化劑的催化性能測試結(jié)果。結(jié)果表明，本實施例9制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的可見光催化活性。
實施案例10將O. 58g碳酸氫鉀溶于75mL去離子水中，向其中加入O. 20g果糖，再向其中加入I. 6g檸檬酸鉍氨(檸檬酸鉍氨與碳酸氫鉀的摩爾比為O. 611 I ;檸檬酸鉍氨與果糖的摩爾比為3. 186 I ;檸檬酸鉍氨濃度為O. 0472mol/L)，攪拌30分鐘后，將得到的混合溶液移入IOOmL的高壓水熱釜中，在210°C下反應(yīng)24小吋。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、過濾、2次水洗和2次こ醇洗，然后在80°C下烘干得到的固體，得到C摻雜(BiO)2CO3光催化劑。圖12為本發(fā)明實施例10制備的光催化劑的UV-vis DRS圖譜，結(jié)果表明，與未摻雜(BiO)2CO3相比，本實施例制備的C摻雜(BiO)2CO3對可見光大幅吸收顯吸收，禁帶寬帶減小為2. 4eV。本發(fā)明按照實施例I提供的方法研究了本實施例制備的光催化劑的光催化性能， 結(jié)果如表I所示，表I為本發(fā)明實施例與比較例得到的碳酸氧鉍光催化劑的催化性能測試結(jié)果。結(jié)果表明，本實施例10制備的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的可見光催化活性。表I本發(fā)明實施例與比較例得到的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑的催化性能測試結(jié)果
實施例123456789 10 比較例
NO 去除率(％) 36.7 42.5 34.4 40.0 39.6 35.4 34.8 32. I 36.5 39.3 5.8由表I可以看出，在相同的條件下，本發(fā)明提供的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑在可見光照射下對NO的去除率高于比較例制備的碳酸氧鉍光催化劑對NO的去除率，說明本發(fā)明提供的C摻雜(BiO)2CO3光催化劑具有較高的可見光催化活性。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種納米片自組裝C摻雜(BiO)2CO3微球可見光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將含鉍前驅(qū)體、可溶性碳酸鹽和摻雜碳源溶于水溶液中，攪拌30min，所得混合液轉(zhuǎn)移到高壓水熱釜，在120 250°C進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)時間為3 100小時； (2)水熱反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，濾出沉淀物，沉淀物分別用去離子水和こ醇清洗，烘干，即得到由納米片自組裝而成的C摻雜(BiO) 2C03微球。
2.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于步驟(I)所述的含鉍前驅(qū)體為檸檬酸鉍或檸檬酸鉍氨之一，含鉍前驅(qū)體濃度為O. 001 I. OmoI/Lο
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述可溶性碳酸鹽為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀或碳酸氫鉀。
4.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在干步驟(I)所述的摻雜C源為葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、或淀粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述含鉍前驅(qū)體與所述可溶性碳酸鹽的摩爾比為I : (O. I 20)。
6.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于步驟(I)所述含鉍前驅(qū)體和摻雜碳源的摩爾比例為I (O. 01 I. O)。
7.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于步驟(I)所述的優(yōu)選水熱反應(yīng)溫度180°C，優(yōu)選反應(yīng)時間為24 48h，優(yōu)選含鉍前驅(qū)體和摻雜碳源的摩爾比為I : O. 15。
8.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于C摻雜(BiO)2CO3微球是由厚度為10 50nm的納米片自組裝而成，微球大小為O. 2 10 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的所述制備方法，其特征在于步驟(I)進(jìn)行水熱反應(yīng)時的填充度，即混合溶液的體積占高壓釜內(nèi)襯體積的比例為10 90%，優(yōu)選的填充度為60 80%。
10.如權(quán)利要求I所述的所述制備方法，其特征在于所述的納米片自組裝C摻雜(BiO)2CO3微球中碳摻雜量為O. 05 5. 0%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米片自組裝C摻雜(BiO)2CO3微球可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟(1)將含鉍前驅(qū)體、可溶性碳酸鹽和摻雜碳源溶于水溶液中，攪拌30min，所得混合液轉(zhuǎn)移到高壓水熱釜，在120～250℃進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)時間為3～100小時；(2)水熱反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，濾出沉淀物，沉淀物分別用去離子水和乙醇清洗，烘干，即得到由納米片自組裝而成的C摻雜(BiO)2CO3微球。通過本發(fā)明制備的C摻雜(BiO)2CO3，其摻雜C元素使(BiO)2CO3禁帶寬度減小并具有可見光催化活性。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的碳酸氧鉍光催化劑對NO的去除率為30％～45％，說明其具有較高的可見光催化活性。
文檔編號B01J27/232GK102671683SQ20121015089
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者周斌, 盛重義, 董帆, 金瑞奔 申請人:杭州曼奇環(huán)?？萍加邢薰?br>