一种方形薄片状BiOCl微晶及其制备方法与流程

本发明属于功能材料领域，涉及一种方形薄片状BiOCl微晶及其制备方法。

背景技术：

铋元素位于第Ⅴ主族、第五周期，其常见的化合价是+3价。由于Bi³⁺极易极化变形，且电子结构外部的6s²电子对不参与成键，因此6s²电子对具有各向异性。铋系化合物具有离子导电、铁电、铁磁、超导、催化等性质，其中卤氧化铋具有独特的性质，如高的电导率、低能量带隙、高折射率和介电常数等，在功能材料领域具有广泛的应用，比如电子材料领域、电解质材料、高温超导材料以及光电转换材料等。

BiOCl是一种新型的光催化剂，它是卤氧化铋家族中组成最简单的一员，晶体是由[Bi₂O₂]和[Cl]结构单元组成，具有层状结构。这种层状结构有助于在光催化过程中光生载流子的转移，提高光催化剂的量子效率。正是由于BiOCl层状结构和合适的禁带宽度的，较好的光催化活性，使其成为一种非常有潜力的光催化材料。

纳米材料的研究现状表明，纳米材料的性能与其形貌、晶相、尺寸、尺寸分布、暴露晶面以及合成方法紧密相关。目前，形貌各异的BiOCl相继被报道，而样品的微观形貌与其制备方法也密切相关，目前有溶剂热法、表面活性剂辅助超声法、化学气相沉积法、等离子体技术、电化学法、水热法等等。

迄今为止，利用水热法制备方形薄片状BiOCl的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过水热法制备方形薄片状BiOCl。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种方形薄片状BiOCl微晶及其制备方法，该方法反应时间短，工艺流程简单，制得的BiOCl微晶呈方形薄片状，尺寸分布均匀，具有良好的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种方形薄片状BiOCl微晶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将KCl溶于去离子水中，搅拌均匀，得到KCl溶液；

步骤2，按Cl与Bi的摩尔比为(9～13):(8～11)，向KCl溶液中加入Bi(NO₃)₃·5H₂O，搅拌均匀，产生白色沉淀，继续搅拌反应，得到前驱液；

步骤3，将前驱液倒入水热反应釜中，在175～185℃下水热反应4～12h，反应完后自然冷却至室温，将反应产物洗涤、干燥，得到方形薄片状BiOCl微晶。

所述步骤1中KCl溶液的浓度为0.3～0.4mol/L。

所述步骤2中搅拌反应的时间为30～60min。

所述步骤3进行前，先向A mL前驱液中加入去离子水，使前驱液的体积定容为B mL，其中A:B＝(30～38):45。

所述步骤3中将前驱液倒入水热反应釜中，水热反应釜的填充率为75～80％。

所述步骤3中用无水乙醇和去离子水洗涤反应产物，再在70～80℃下干燥10～12h。

所述的方形薄片状BiOCl微晶的制备方法制得的方形薄片状BiOCl微晶，该BiOCl微晶的晶型为四方相，沿(102)晶面取向生长，其空间结构群为P4/nmm(129)；该BiOCl微晶的形貌为圆角方片状，其长度为3.5～4.5um，宽度为2～3um，厚度为0.5～0.6um。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提供的方形薄片状BiOCl微晶的制备方法，先用去离子水溶解KCl得到KCl溶液，然后向其中缓慢加入Bi(NO₃)₃·5H₂O，在室温下搅拌反应，得到前驱液，最后使前驱液进行水热反应，反应完后将反应产物洗涤、干燥，即得到方形薄片状BiOCl微晶。本发明采用传统的水热法，制得了纯四方相的方形薄片状BiOCl微晶，该方法具有反应时间短、流程少、操作工艺简单、反应条件温和、成本较低、环境友好等优点，是一种简洁、绿色的BiOCl微晶的制备方法。

本发明成功制备了方形薄片状BiOCl微晶，制得的BiOCl微晶其形貌呈四角圆形方片状，表面光滑，分散均匀，无团聚现象，且尺寸分布范围窄，有利于其在使用过程中和其他物质的均匀混合，使其性能能够统一发挥，达到其高效使用的目的。并且本发明制得的BiOCl微晶为纯相，结晶度高且发育良好，有利于实现其活性晶面的优势性能发挥。本发明制得的BiOCl微晶为四方相，空间结构群为P4/nmm(129)，具有良好光催化反应潜力，有利于实现其在光催化、光电转换等功能材料领域的应用。

附图说明

图1是本发明制备的方形薄片状BiOCl微晶的XRD衍射图谱；

图2是本发明制备的方形薄片状BiOCl微晶的SEM图。

具体实施方式

下面结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明做进一步描述，原料均为分析纯。

实施例1：

步骤1，将9mmol KCl溶于30mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.3mol/L的KCl溶液；

步骤2，向步骤1配制的30mL KCl溶液中缓慢加入8mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应30min，得到前驱液；

步骤3，向步骤2得到的30mL前驱液中加入15mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL；

步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应6h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在70℃下干燥12h，得到方形薄片状BiOCl微晶。

实施例2：

步骤1，将9.9mmol KCl溶于30mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.33mol/L的KCl溶液；

步骤2，向步骤1配制的30mL KCl溶液中缓慢加入9.3mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应35min，得到前驱液；

步骤3，向步骤2得到的30mL前驱液中加入15mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL；

步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应8h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在70℃下干燥10h，得到方形薄片状BiOCl微晶。

实施例3：

步骤1，将11.9mmol KCl溶于35mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.34mol/L的KCl溶液；

步骤2，向步骤1配制的35mL KCl溶液中缓慢加入9.9mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应40min，得到前驱液；

步骤3，向步骤2得到的35mL前驱液中加入10mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL；

步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应12h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在75℃下干燥11h，得到方形薄片状BiOCl微晶。

实施例4：

步骤1，将11.4mmol KCl溶于30mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.38mol/L的KCl溶液；

步骤2，向步骤1配制的30mL KCl溶液中缓慢加入8.9mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应50min，得到前驱液；

步骤3，向步骤2得到的30mL前驱液中加入15mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL；

步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应12h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在80℃下干燥12h，得到方形薄片状BiOCl微晶。

实施例5

步骤1，将13mmol KCl溶于37mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.35mol/L的KCl溶液；

步骤2，向步骤1配制的37mL KCl溶液中缓慢加入10.1mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应55min，得到前驱液；

步骤3，向步骤2得到的37mL前驱液中加入8mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL；

步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应8h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在80℃下干燥11.5h，得到方形薄片状BiOCl微晶。

实施例6

步骤1，将12.4mmol KCl溶于31mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.4mol/L的KCl溶液；

步骤2，向步骤1配制的31mL KCl溶液中缓慢加入10mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应60min，得到前驱液；

步骤3，向步骤2得到的31mL前驱液中加入14mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL；

步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应10h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在75℃下干燥12h，得到方形薄片状BiOCl微晶。

实施例7

步骤1，将12.2mmol KCl溶于38mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.32mol/L的KCl溶液；

步骤2，向步骤1配制的38mL KCl溶液中缓慢加入11mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应45min，得到前驱液；

步骤3，向步骤2得到的38mL前驱液中加入7mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL；

步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为75％，在175℃下水热反应11h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在78℃下干燥10.5h，得到方形薄片状BiOCl微晶。

实施例8

步骤1，将11.5mmol KCl溶于32mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.36mol/L的KCl溶液；

步骤2，向步骤1配制的32mL KCl溶液中缓慢加入10.5mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应48min，得到前驱液；

步骤3，向步骤2得到的32mL前驱液中加入13mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL；

步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为78％，在185℃下水热反应4h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在72℃下干燥11.5h，得到方形薄片状BiOCl微晶。

图1是本发明制备的方形薄片状BiOCl微晶的XRD衍射图谱，从图中可以看出，制得的BiOCl微晶为纯四方相BiOCl(JCPDS NO.06-0249)，空间结构群为P4/nmm(129)，沿(102)晶面取向生长，且(101)、(002)、(110)、(111)、(003)、(112)、(200)、(201)、(110)、(211)、(104)、(212)、(114)、(005)、(220)等晶面的衍射峰明显，说明其结晶情况良好。

图2是本发明制备的方形薄片状BiOCl微晶的SEM图，从图中可以看出，制得的BiOCl微晶形状规整，表面光滑、分散均匀、无团聚现象，且均为四角圆形方形薄片状。方片长约3.5～4.5um，宽约2～3um，厚度约为0.5～0.6um。

本发明采用传统的水热法，制得了纯四方相的方形薄片状BiOCl微晶，该方法反应时间短、流程少、操作工艺简单、反应条件温和、成本较低、对环境无污染。本发明制得的方形薄片状BiOCl微晶的结晶度高且发育良好，并且尺寸分布范围窄，有利于实现其活性晶面的优势性能发挥，同时有利于其在使用过程中和其他物质的均匀混合，使其性能能够统一发挥，达到其高效使用的目的。本发明制得的方形薄片状BiOCl微晶具有良好光催化反应潜力，有利于实现其在光催化、光电转换等功能材料领域的应用。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。