光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化領(lǐng)域，涉及采用水熱法制備鹵氧化鉍固溶體光催化材料，通過控制原料的加入量，可制備出不同鹵素摩爾比、{001}面高度暴露、超薄B1BrxI^x光催化劑，且所制備的超薄B1BrJ1-X光催化劑具高效的可見光催化性能。
【背景技術(shù)】
[0002]目前環(huán)境污染的嚴(yán)重，已成為亟需解決的焦點問題。特別是有毒、難降解有機(jī)污染物(如鹵代物、農(nóng)藥、染料等)引起的環(huán)境問題已成為影響人類生存與健康的重大問題。光催化降解有機(jī)物是一種安全、經(jīng)濟(jì)、有效的綠色環(huán)保技術(shù)。該技術(shù)能使環(huán)境中的有機(jī)污染物發(fā)生氧化分解反應(yīng)，最終降解為CO2、水和無機(jī)離子等小分子物質(zhì)，無二次污染，被認(rèn)為是目前最有前景的污染處理方法。
[0003]T12作為一種常見的光催化材料，只能被紫外光激發(fā)，吸收可見光的能力較差，而且光生電子-空穴對容易復(fù)合，導(dǎo)致光催化效率較低。鉍系光催化材料因具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)和適當(dāng)大小的禁帶寬度而引起廣泛的興趣。目前已報道的鉍系光催化劑主要包括氧化鉍，鹵氧化鉍，鉍的含氧酸鹽以及復(fù)合型鉍催化劑等。其中最有代表性的是鹵氧化鉍系列化合物，它們因價格便宜、光催化活性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，具有潛在的實用價值，越來越受到人們的關(guān)注。
[0004]鹵氧化鉍是一種PbFCl型具有高度各向異性的層狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體，B1X的晶體結(jié)構(gòu)也可以看作沿c軸方向，雙X-離子層和Bi2O2層交替排列構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，雙層排列的X(X =(:1，8^1)原子層之間由乂0 = (:1，8^1)原子通過范德華力結(jié)合，結(jié)合力較小，極易沿(001)方向解離從而暴露{001}面。最近研究表明B1X暴露{001}面更有助于電子-空穴對的分離。由于B1X層狀結(jié)構(gòu)通過范德華力結(jié)合，因此極易剝離成相應(yīng)原子級的二維晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高{001}暴露比。本發(fā)明通過加入小分子葡萄糖，控制鹵素摩爾比的投入量，采用水熱法合成一系列高度暴露{001}面超薄結(jié)構(gòu)B1BrxI1I光催化材料，此方法合成的光催化劑具有適當(dāng)?shù)柠u素比例，獨特的微觀形貌和可調(diào)帶隙，對其在可見光下催化降解有機(jī)物起到重要的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種超薄B1BrxI1-X光催化劑及其制備方法，該方法工藝簡單、成本低廉，合成的不同鹵素摩爾比超薄B1BrJ1-X光催化劑光催化性能不同。
[0006]本發(fā)明提供用于降解有機(jī)污染物的超薄B1BrxI1-X光催化劑的制備方法，其特征在于:以鉍鹽、溴化物、碘化物、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、葡萄糖為原料，控制溴化物和碘化物的加入量，通過簡單水熱法得到一系列不同鹵素摩爾比超薄B1BrxI1I光催化劑，制備的不同鹵素摩爾比的超薄B1BrJ1-X光催化劑具有不同的可見光催化活性，具體制備過程為:
[0007]將一定量的鉍鹽溶解在O?1mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;將O?0.1g葡萄糖溶于1mL去離子水中，并將其緩慢加入A溶液中，攪拌10?30min，形成的溶液記作B溶液;將一定量不同摩爾比的溴化物和碘化物溶于5mL去離子水中，緩慢加入A溶液中，繼續(xù)攪拌10?30min，然后轉(zhuǎn)入50mL含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，100?200°C反應(yīng)8?20h，將所得產(chǎn)物離心分離，并在50?100°C真空干燥，得到一系列不同摩爾比的超薄B1BrsI1-X光催化劑。
[0008]本發(fā)明中所述的超薄B1BrsI1-X光催化劑制備方法中提到的鉍鹽為硝酸鉍、氯化鉍中的一種，溴化物為溴化鈉、溴化鉀中的一種，碘化物為碘化鈉和碘化鉀中的一種。
[0009 ]本發(fā)明中所述的超薄B i OBrxI i—x光催化劑制備方法中鉍鹽最終的濃度控制在0.0I?0.lmol/L，且鉍元素與鹵素元素(碘元素和溴元素總量)摩爾比為I: I。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有顯著優(yōu)點:
[0011 ] (I)本發(fā)明采用簡單的水熱法，通過加入小分子葡萄糖，控制鹵素加入量合成一系列不同鹵素摩爾比、高度暴露比{001}面、超薄B1BrsI1-X光催化劑，該方法工藝簡單，易操作，成本低廉。
[0012](2)本發(fā)明所制備的一系列不同鹵素摩爾比的超薄B1BrsI1-X光催化劑光催化性能優(yōu)異且明顯不同，說明構(gòu)筑超薄結(jié)構(gòu)能顯著提高B1BrxI1I光催化性能，并且控制鹵素比例可實現(xiàn)對B1BrxI X光催化性能調(diào)控。
【附圖說明】
[0013]圖1超薄B1BrsI1-X光催化劑的X-射線衍射花樣；
[0014]圖2超薄B1BrsI1-X光催化劑的透射電子顯微照片；
[0015]圖3超薄B1BrsI1-X光催化劑的光催化性能測試
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明提供用于降解有機(jī)污染物的超薄B1BrxIh光催化劑的制備方法，其特征在于:以鉍鹽、溴化物、碘化物、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、葡萄糖為原料，控制溴化物和碘化物的加入量，通過簡單水熱法得到一系列不同鹵素摩爾比的超薄B1BrxI 1-x光催化劑，制備的不同鹵素摩爾比的超薄B1BrsI1-X光催化劑具有不同的可見光催化活性，具體制備過程為:
[0017]將一定量的鉍鹽溶解在O?1mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;將O?0.1g葡萄糖溶于1mL去離子水中，并將其緩慢加入A溶液中，攪拌10?30min，形成的溶液記作B溶液;將一定量不同摩爾比的溴化物和碘化物溶于5mL去離子水中，緩慢加入A溶液中，繼續(xù)攪拌10?30min，然后轉(zhuǎn)入50mL含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，100?200°C反應(yīng)8?20h，將所得產(chǎn)物離心分離，并在50?100°C真空干燥，得到一系列不同摩爾比的超薄B1BrsI1-X光催化劑。
[0018]為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不局限于下面所給出的實例。
[0019]實施方實例1:本發(fā)明一種超薄B1BrxI1-x光催化劑的制備方法，其制備過程為:
[0020]將Immol硝酸鉍溶解在1mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;將0.1g葡萄糖溶于1mL去離子水中，并將其緩慢加入A溶液中，攪拌30min，形成的溶液記作B溶液；將一定量不同摩爾比(0:1，1:4，2:3，5:5，3:2，4:1，1:0)的溴化鉀和碘化鈉溶于511^去離子水中，緩慢加入A溶液中，繼續(xù)攪拌30min，然后轉(zhuǎn)入50mL含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，100°C反應(yīng)10h，將所得產(chǎn)物離心分離，并在60°C真空干燥，得到一系列不同鹵素摩爾比的超薄B1BrxI1-X光催化劑。
[0021 ] 如圖1所示，對超薄B i OBrxI ι-χ光催化劑的物相進(jìn)行了表征，當(dāng)X = O或I時，得到的是B1I和B1Br，衍射峰出峰位置與標(biāo)準(zhǔn)譜圖(JCPDS 10-0445))及(JCPDS 09-0393—致，當(dāng)X介于O?I之間，B1BrsI1-X衍射峰的位置介于B1I和B1Br之間。且這一系列B1BrxI1-X光催化劑均完全暴露{001}面，因為XRD衍射峰中只存在{001}面衍射峰。透射電子顯微鏡對所制備的B1BrxI1I光催化劑的形貌進(jìn)行了表征，如圖2為x = 0.6時所得到的B1BrQ.61.4透射電子顯微鏡圖片，樣品為二維超薄納米片。所制備的超薄B1BrxI1I光催化劑光催化性能是通過300W氙燈提供的可見光照射下降解羅丹明B溶液來衡量的，具體的實驗過程如下:稱取1mg光催化劑加入濃度為10mg/L的10mL RhB溶液中，將配好的溶液置于暗處攪拌分散
0.5h使其達(dá)到吸附平衡。然后將溶液進(jìn)行光催化反應(yīng)，每隔一定時間取約4mL的溶液，離心過濾掉催化劑，用紫外分光光度計來測量溶液中殘留的RhB吸光度。超薄B1BrsI1-X光催化劑光催化性能如圖3所示，其結(jié)果表明1 = 0.6時，超薄^08^).61().4表現(xiàn)出最佳的光催化性會K。
[0022 ]實施實例2:本發(fā)明一種超薄B1BrxI 1-x光催化劑的制備方法，其制備過程為:
[0023]將Imm01硝酸鉍溶解在5mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;將0.1g葡萄糖溶于1mL去離子水中，并將其緩慢加入A溶液中，攪拌30min，形成的溶液記作B溶液；將一定量不同摩爾比(0:1，1:4，2:3，5:5，3:2，4:1，1:0)的溴化鉀和碘化鈉溶于511^去離子水中，緩慢加入A溶液中，繼續(xù)攪拌30min，然后轉(zhuǎn)入50mL含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，120°C反應(yīng)8h，將所得產(chǎn)物離心分離，并在50°C真空干燥，得到一系列不同鹵素摩爾比的超薄B1BrxI1-X光催化劑。
[0024]實施實例3:本發(fā)明一種超薄B1BrxI1-x光催化劑的制備方法，其制備過程為:
[0025]將Imm01硝酸鉍溶解在1mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;將
0.05g葡萄糖溶于1mL去離子水中，并將其緩慢加入A溶液中，攪拌30min，形成的溶液記作B溶液;將一定量不同摩爾比(0:1，1:4，2:3，5:5，3:2，4:1，1:0)的溴化鉀和碘化鈉溶于5mL去離子水中，緩慢加入A溶液中，繼續(xù)攪拌30min，然后轉(zhuǎn)入50mL含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，100°C反應(yīng)15h，將所得產(chǎn)物離心分離，并在60°C真空干燥，得到一系列不同鹵素摩爾比的超薄B1BrsI1-X光催化劑。
【主權(quán)項】
1.一種超薄B1BrxI 1-X光催化劑的制備方法，其特征在于:以祕鹽、溴化物、碘化物、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、葡萄糖為原料，通過加入小分子葡萄糖，控制溴化物和碘化物的加入量，采用簡單水熱法得到一系列不同比例、超薄、{001}面高度暴露的B1BrxI1I光催化劑，制備的超薄B1BrxI1I光催化劑具有高效的可見光催化活性，具體制備過程為: 將一定量的鉍鹽溶解在O?1mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;將O?0.1g葡萄糖溶于1mL去離子水中，并將其緩慢加入A溶液中，攪拌10?30min，形成的溶液記作B溶液;將一定量不同摩爾比的溴化物和碘化物溶于5mL去離子水中，緩慢加入A溶液中，繼續(xù)攪拌10?30min，然后轉(zhuǎn)入50mL含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，100?200°C反應(yīng)8?20h，將所得產(chǎn)物離心分離，并在50?100°C真空干燥，得到一系列不同比例的超薄B1BrsI1-X光催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄B1BrsI1-X光催化劑的制備方法，其特征在于權(quán)利I中鉍鹽為硝酸鉍、氯化鉍中的一種，溴化物為溴化鈉、溴化鉀中的一種，碘化物為碘化鈉和碘化鉀中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄B1BrxI1I光催化劑的制備方法，其特征在于鉍鹽最終濃度控制在0.01?0.lmol/L，且鉍元素與鹵素元素(溴元素和碘元素總量)摩爾比為1:1。4.一種超薄B1BrsI1-X光催化劑，其特征在于:所述B1BrsI1-X光催化劑根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項所述的制備方法所制得。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超薄BiOBrxI1-x光催化劑及其制備方法，屬于光催化領(lǐng)域。其主要特征是通過加入小分子葡萄糖，調(diào)節(jié)納米片厚度，控制溴化物和碘化物的加入量，采用簡單水熱法得到一系列不同比例、超薄、{001}面高度暴露的BiOBrxI1-x光催化劑，有效地提高了鹵氧化鉍的光催化性能。制備步驟為：以鉍鹽、溴化物、碘化物、N，N-二甲基甲酰胺、葡萄糖為原料，控制鹵素的投入量，通過簡單水熱法得到一系列不同比例的超薄BiOBrxI1-x光催化劑。該方法工藝簡單，成本低廉，制備的超薄BiOBrxI1-x光催化劑具有高效的可見光催化活性。
【IPC分類】B01J27/06
【公開號】CN105521800
【申請?zhí)枴緾N201510937164
【發(fā)明人】段芳, 汪曉鳳, 談婷婷, 張風(fēng)麗, 王安賢, 倪忠斌, 陳明清
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月14日