一种具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的制备方法和应用

本发明属于光催化领域，具体涉及为一种具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的制备方法和应用。

背景技术：

1、在过去的几十年里，可见光诱导半导体光催化剂因其在能量转换和环境净化方面的潜在应用受到了广泛的关注。氧化卤化铋(biox，x＝f,cl,br和i)是一类新型的三元氧化物光催化剂，其独特的层状结构以[bi2o2]2+板为特征。研究者确信[bi2o2]2+板与卤素板之间的内部静电场有利于光生电子-空穴对的分离，从而提高光催化性。

2、在这些biox催化剂中，bioi以其最小的带隙(约1.8ev)和在可见光区的强吸收而备受关注。但由于bioi材料的导带位置低和电导率低，进而使光生电子-空穴对的复合概率高，使bioi的实际应用受到一定的限制。许多研究者致力于寻找有效的策略来提高bioi晶体的催化活性，如异质结复配、特定晶体面的暴露、形貌结构的调控等。这些策略集中在提高光催化剂的性能，bioi的固有特性(如低导电性，这是光催化中电荷分离的关键)没有调整。最近，一种缺碘原子的策略被设计出来，通过bioi的原子结构操纵来形成新的光催化剂。合成的缺碘原子的bioi晶体结构均匀，具有一些明显吸引的特性，例如明显高于其母体bioi的光导率。另外，由于bioi的价带顶部主要由i5p和o2p杂化轨道组成，导带底部主要由bi6p轨道组成，bi:o:i比值的变化可以调节具有不同还原电位和氧化电位的能带结构的样品。尽管目前很多工作在合成缺碘原子bioi方面取得了成功，但其操作往往需要高温高压进行长时间的反应。这些限制不利于该材料的进一步工业应用。为一系列缺碘原子型bioi的合成设计出一种简单有效的常温室压下湿化学水相合成策略仍然具有挑战性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种在室温常压下制备具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋粉末的方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实施：

3、一种在室温常压下制备具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋粉末制备方法，通过湿化学法在室温和常压下，通过调节硝酸铋(bi(no3)3·5h2o)溶液和碘化钾(ki)溶液混合所得前驱溶液的ph值，获得碘原子缺陷的碘氧化铋粉末。

4、所述前驱溶液中bi(no3)3·5h2o溶液和ki溶液按bi：i＝1:1比例混合。

5、所述bi(no3)3·5h2o溶液为将bi(no3)3·5h2o溶解于乙二醇溶液中磁搅拌15～20min；ki溶液为碘化钾溶于去离子水中磁搅拌15～20min。

6、所述分别获得bi(no3)3·5h2o溶液和ki溶液后，将bi(no3)3·5h2o溶液在搅拌条件下迅速倾倒于ki溶液中形成混合前驱溶液，然后调节溶液ph。

7、所述调节混合前驱溶液ph值采用的是naoh饱和水溶液，迅速滴加naoh水溶液调节混合前驱溶液的ph为2-9。随着ph值得不断增大，获得碘氧化铋粉末中碘原子缺陷含量逐渐增大。

8、所述调节不同ph下所制备的碘原子缺陷的碘氧化铋使用去离子水迅速离心清洗3～6次，然后在60～80℃烘箱中干燥12～24h待用。

9、一种所述方法制备所得具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋，按所述方法所得不同颜色、片状或花瓣状堆砌的球状的具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋。

10、一种具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的应用，所述结构缺陷的碘原子缺陷的碘氧化铋在作为光催化剂进行降解有机污染物和/或杀菌于水净化环境中的应用。

11、本发明的原理：通过bi(no3)3·5h2o和ki混合前驱溶液中bii3+h2o→bioi+2h++2i-反应，进行奥斯特瓦尔德熟化反应，在混合前驱溶液中快速制备获得化学计量平衡的bioi晶体材料。随后在混合前驱溶液中快速滴加naoh溶液，由于xbioi+4oh-→bixox+2i(x-4)+4i-+2h2o反应，将bioi中的碘原子置换到溶液中，进而形成非化学计量平衡的碘原子缺陷的bioi。在bioi中引入碘原子结构缺陷后，碘氧化铋的光生电流密度得到明显提高，晶体的导带和价带发生偏移，使bioi具有更好的氧化还原活性。明显提高的光催化活性使bioi能够产生更多的反应活性物质，进而对水体环境产生明显的净化。

12、本发明所具有的优点

13、本发明采用湿化学的方法，在常温室压下制备获得结构缺陷的bioi。首先制备条件克服了传统结构缺陷所需要的高温高压的环境，使bioi的制备具有更加方便性和实操性。其次碘原子缺陷的调整是作用于bioi的结构，能够有效改善bioi光生载流子的分离和转移效率，相比较于bioi异质结具有更高的光催化活性。

技术特征：

1.一种具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的制备方法，其特征在于：通过湿化学法在室温和常压下，通过调节硝酸铋(bi(no3)3·5h2o)溶液和碘化钾(ki)溶液混合所得前驱溶液的ph值，获得碘原子缺陷的碘氧化铋粉末。

2.按照权利要求1所述的具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的制备方法，其特征在于：所述前驱溶液中bi(no3)3·5h2o溶液和ki溶液按bi：i＝1:1比例混合。

3.按照权利要求1或2所述的具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的制备方法，其特征在于：所述bi(no3)3·5h2o溶液为将bi(no3)3·5h2o溶解于乙二醇溶液中磁搅拌15～20min；ki溶液为碘化钾溶于去离子水中磁搅拌15～20min。

4.按照权利要求3所述的具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的制备方法，其特征在于：所述分别获得bi(no3)3·5h2o溶液和ki溶液后，将bi(no3)3·5h2o溶液在搅拌条件下迅速倾倒于ki溶液中形成混合前驱溶液，然后调节溶液ph。

5.按照权利要求4所述的具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的制备方法，其特征在于：所述调节混合前驱溶液ph值采用的是naoh饱和水溶液，迅速滴加naoh水溶液调节混合前驱溶液的ph为2-9。

6.按照权利要求4所述的具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的制备方法，其特征在于：所述调节不同ph下所制备的碘原子缺陷的碘氧化铋使用去离子水迅速离心清洗3～6次，然后在60～80℃烘箱中干燥12～24h待用。

7.一种权利要求1所述方法制备所得具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋，其特征在于：按权利要求1所述方法所得不同颜色、片状或花瓣状堆砌的球状的具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋。

8.一种权利要求7所述的具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的应用，其特征在于：所述结构缺陷的碘原子缺陷的碘氧化铋在作为光催化剂进行降解有机污染物和/或杀菌于水净化环境中的应用。

技术总结
本发明属于光催化领域，具体涉及为一种具有非化学计量平衡的碘原子缺陷的碘氧化铋的制备方法和应用。通过湿化学法在室温和常压下调节碘氧化铋粉末合成溶液的pH值，可控制备了具有不同含量碘缺陷的碘氧化铋粉末。缺碘的碘氧化铋粉末由于碘原子的缺失引起碘氧化铋能带结构改变，使碘氧化铋表现出不同的颜色和可见光吸收能力。碘原子的缺失使碘氧化铋具有更负的表面电荷性、更高的比表面积和光生载流子分离效率。在可见光照射下，碘原子缺失的碘氧化铋能够产生更强的超氧、羟基自由基和空穴将水环境中的有机物污染物降解和细菌杀灭。本发明工艺简单，无需复杂的操作，易于控制，成本低廉，有效提高了碘氧化铋的性能。

技术研发人员：张盾,徐雪磊,王毅
受保护的技术使用者：中国科学院海洋研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12