一种新型Bi7F11O5/BiOCl复合光催化剂的简易制备方法及其光催化性能与流程

本发明涉及光催化材料领域，具体涉及一种新型Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂的简易制备方法及其光催化性能。

背景技术：

进入21世纪，人类面临着能源和环境两个非常严峻的问题，特别是有毒且难降解有机污染物(如多环芳烃、多氯联苯、农药、染料等)引起的环境问题，已成为影响人类生存与健康的重大问题。利用半导体氧化物材料在太阳光照射下表面能受激活化的特性，可有效地氧化分解有机污染物。与传统的净化环境处理方法相比，半导体光催化技术拥有反应条件温和、无二次污染、操作简单和降解效果显著等优势。自光催化技术开发以来，研究和应用最多的光催化剂是TiO₂。但其产生的光生电子空穴对很容易复合，导致电子和空穴不能及时迁移至表面参与氧化还原反应，从而光转化效率较低。因此寻找性能优异的新型光催化材料以获得具有高效光催化活性的光催化剂非常有意义。

由于铋元素相对是一种无毒绿色的金属，近年来在光催化剂的制备上，日益取代含铅、锑、镉、汞等有毒元素的化合物，如BiVO₄，Bi₂WO₆，BiOX(X＝Cl,Br,I)等。其中BiOCl由于其独特的层状结构，因此也引起了广泛的关注。但是其电子空穴对的分离效率还是不够高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂的简易制备方法及其光催化性能。

为达到上述目的,本发明提供的技术方案是：

一种新型Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂的简易制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将五水硝酸铋加入乙二醇中，搅拌20分钟，继续加入氯化钠，搅拌30分钟，转移至聚四氟乙烯内衬中，170℃恒温水热反应6小时；洗涤、离心、干燥，产物即为BiOCl前驱体；

(2)将一定量的氟化铵加入到乙醇和水的混合溶液中，搅拌10min；

(3)将BiOCl前驱体加入到上述溶液中，搅拌20分钟；

(4)将步骤(3)所得溶液加入到聚四氟乙烯内衬中，170℃恒温水热反应6小时，离心洗涤干燥，即可得到Bi₇F₁₁O₅/BiOCl。

步骤(1)中，五水硝酸铋和氯化钠的摩尔比为1.5:10。

氟化铵与氯氧铋的摩尔比为1～4:1。

步骤(2)中，乙醇和水的体积比为18：2。

本发明还提供了上述制备的Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合材料作为光催化剂的应用。

有益效果：

本发明的Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂，材料新颖，其制作方法简易，成本低廉，重现性，稳定性好，具有高催化活性，能够高效降解甲基橙(MO)废水溶液。

附图说明

图1为实施例一制备的Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂的扫面电子显微镜(SEM)图。

图2为实施例一制备的Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂，以及BiOCl和Bi₇F₁₁O₅/BiOCl的X射线衍射(XRD)图。

图3为测试例一制备的Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂在降解含有甲基橙(MO)染料废水溶液的活性对比图。其中C₀为MO的初始浓度，C为经过可见光照射一段时间后测量的MO浓度，t为时间。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一:

室温下，在烧杯中，将1.5mmol的五水硝酸铋加入30mL乙二醇中，搅拌二十分钟，加入10mmol的氯化钠，搅拌半小时，转移到聚四氟乙烯内衬中，170℃恒温水热反应6小时；洗涤、离心、干燥，产物即为BiOCl前驱体。

将1mmol氟化铵加入到20mL一定比例的乙醇和水的混合溶液中，搅拌10min；加入1mmol的BiOCl到上述溶液中，搅拌20分钟；将混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬中，170℃恒温水热反应6小时，离心洗涤干燥。

对制备得到的Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂进行了电子显微镜观察和X射线衍射测定。

由图1可见本发明制备的Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂，在BiOCl片上有Bi₇F₁₁O₅颗粒和小片负载。

由图2可以看出，Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂XRD中同时含有BiOCl标准卡(JCPDS:06-0249)和Bi₇F₁₁O₅标准卡(JCPDS:50-0003)，实施例一制备的是Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂。

实施例二：

室温下，在烧杯中，将1.5mmol的五水硝酸铋加入30mL乙二醇中，搅拌二十分钟，加入10mmol的氯化钠，搅拌半小时，转移到聚四氟乙烯内衬中，170℃恒温水热反应6小时；洗涤、离心、干燥，产物即为BiOCl前驱体。

将2mmol氟化铵加入到20mL一定比例的乙醇和水的混合溶液中，搅拌10min；加入1mmol的BiOCl到上述溶液中，搅拌20分钟；将混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬中，170℃恒温水热反应6小时，离心洗涤干燥。

实施例三：

室温下，在烧杯中，将1.5mmol的五水硝酸铋加入30mL乙二醇中，搅拌二十分钟，加入10mmol的氯化钠，搅拌半小时，转移到聚四氟乙烯内衬中，170℃恒温水热反应6小时；洗涤、离心、干燥，产物即为BiOCl前驱体。

将4mmol氟化铵加入到20mL一定比例的乙醇和水的混合溶液中，搅拌10min；加入1mmol的BiOCl到上述溶液中，搅拌20分钟；将混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬中，170℃恒温水热反应6小时，离心洗涤干燥。

测试例：

测试过程如下：

将实施例一制得到的Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂、纯相的BiOCl，降解含有MO的废水溶液。

称取样品0.1g，分别加入200ml MO水溶液，其中MO浓度都12.5mg/L，先避光搅拌30min，使染料在催化剂表面达到吸附/脱附平衡。然后开启氙灯光源在可见外光照射下进行光催化反应，上清液用分光光度计检测。根据Lambert–Beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。当吸光物质相同、厚度相同时，可以用吸光度的变化直接表示溶液浓度的变化。因为MO在446nm处有一个特征吸收峰，所以可以利用吸光度的变化来衡量溶液中MO的浓度变化。从图上(横坐标：紫外光照射时间；纵坐标：经过紫外光照射一段时间后测量的MO浓度值与MO的初始浓度的比值。)可以看出光照30min后，Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂降解MO高达95％，与纯相的BiOCl相比，Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂对MO具有较高的催化活性。由图3可以看出在加入Bi₇F₁₁O₅/BiOCl复合光催化剂后，能高效催化降解MO染料废水溶液，并且活性远高于纯相的BiOCl催化剂的性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。