一种具有良好可见光响应的二维Bi12TiO20纳米片的制备方法与流程

本发明属于化学材料制备技术领域，提供一种具有良好可见光响应的二维片状bi12tio20材料的制备方法。

背景技术：

随着现代工农业的发展,水环境污染越来越严重,水体中大量有机污染物严重威胁着人类自身乃至动植物的健康生长，治理水污染迫在眉睫。光催化技术是一种高级氧化技术(aops),近年来在有机废水特别是在高浓度、难降解废水的治理中受到广泛的关注。其中，二维材料由于其更短的光生电子空穴传输距离，优异的载流子传输效率和更多的反应位点，一直是近几年研究的热点。也因为这些优点，这种结构的材料有着更强的光催化活性。

bi2o3和tio2复合可形成具有多种晶相结构的复合氧化物:bi4ti3o12，bi2ti2o7，bi2ti4o11，bi12tio20，bi20tio32等，通称为钛酸铋化合物。钛酸铋化合物有着特殊的晶体结构和电子结构,在它们的结构中均存在tio6八面体或tio4四面体,而与之相连接的bion多面体中存在因拥有6s²孤对电子对而具有立体活性的bi³⁺离子,这就使得其具有很好的光催化活性。xu等(acta.chimica.sinica,2005,63(1),5)将一定摩尔比的硝酸铋和钛酸四丁脂溶解在醋酸溶液中，通过化学溶液分解法得到钛酸铋的前驱体，再在550℃下煅烧，制备了bi12tio20，bi4ti3o12，bi2ti2o7纳米粉体。其中bi12tio20有着最好的光催化活性。yuan等(newmater.chem.,2017,45(3),178)通过熔盐法将一定比例的氧化铋，二氧化钛和氯化钠氯化钾研磨均匀，在管式炉中煅烧数小时，得到大块的三维球状bi12tio20粉体。wang等(mater.lett,2014,121(2),22)将硝酸铋和钛酸四丁脂溶解在二甲氧基乙醇和氢氧化钠水溶液中，通过溶剂热法在180℃下反应20h，制备了bi4ti3o12纳米片。du等(phys.chem.chem.phys.,2016,18(38),26530)直接将氧化铋和二氧化钛混合，在750℃下煅烧2h，得到大块的bi12tio20粉体。然而已知的报道中制备的bi12tio20都为三维结构。目前还没有关于二维bi12tio20纳米片制备方法的报道。所以开发操作简单，成本低廉，适用于大规模生产的方法，已经成为二维bi12tio20纳米片生产者们所追求的主要目标。

技术实现要素：

本发明目的是克服现有技术中存在的操作步骤复杂、耗时、成本高，并且没有二维bi12tio20纳米片的技术缺陷，提供一种制备具有良好光催化活性的二维片状bi12tio20光催化剂及其方法。

本发明首先提供一种二维片状bi12tio20材料，所述材料为二维片状结构，晶化完全，形貌规则。

本发明还提供一种二维片状bi12tio20光催化剂的制备方法，通过以下步骤实现：

(1)称取一定量的氧化铋，p25(钛白粉)，氯化钠，氯化钾于研钵中，研磨均匀；

(2)将步骤(1)研磨后的粉末转移到石英舟中，于管式炉中煅烧，制得二维片状bi12tio20；

步骤(1)中，所述氧化铋、p25、氯化钠和氯化钾的摩尔比为6：1：(30-50)：(30-50)。

步骤(2)中，所述煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为0.5～2h。

上述方法制备的材料作为光催化剂的应用，可对染料进行光催化降解。

本发明所制得的片状钛酸铋为软铋矿结构铋氧化合物，晶化完全，形貌规则，分散性好。

利用x射线衍射仪(xrd)、扫描电子显微镜(sem)、紫外-可见分光光度计(drs)对产物进行形貌结构及可见光吸收能力分析，以罗丹明b溶液为目标染料进行光催化降解实验，通过测量吸光度，以评估其光催化活性。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

(1)本方法通过直接煅烧法制备二维bi12tio20纳米片，填补了技术空白，并且操作简单，反应能耗低，条件易控制、工艺和流程简便，适合大规模生产。

(2)用此方法制备的二维bi12tio20纳米片，可见光吸收能力好，并且具备典型的二维片状结构，形貌规则，这种结构能够提高光生载流子传输效率，进而提高光催化效果。

附图说明

图1为本发明所制备二维bi12tio20纳米片的xrd衍射谱图，图中衍射峰为软铋矿bi12tio20的特征衍射峰。

图2为本发明所制备的二维bi12tio20纳米片的扫描电镜照片。

图3为本发明所制备的二维bi12tio20纳米片的可见光吸收能力曲线。

图4为本发明制备的二维bi12tio20纳米片和传统大块bi12tio20粉体光催化降解罗丹明b溶液的时间-降解率关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

分别取0.35g氧化铋、0.01gp25、0.466g氯化钾和0.365g氯化钠于研钵中，他们的摩尔比分别为6：1：50：50，研磨均匀。将研磨后的粉末转移到石英舟中，800℃下煅烧2h，制得二维bi12tio20纳米片。

图1为制得的材料的xrd衍射谱图，图中各个位置的峰都属于bi12tio20，对比标准jcpds卡片(34-0097)，可以确定制备的为结晶性良好的软铋矿bi12tio20材料；图2为扫描照片，从扫描图中可以看到所制备的bi12tio20呈现明显的二维片状结构。图3为固体紫外曲线，可以看到所得曲线在波长为大于400nm(可见光)时还有着明显的吸收强度(纵坐标大于0既说明可以吸收此波长下的光)，吸收边界大约位于460nm处，说明其有着一定的可见光吸收能力。

实施例2：

分别取0.35g氧化铋、0.01gp25、0.280g氯化钾和0.219g氯化钠于研钵中，他们的摩尔比分别为6：1：30：30，研磨均匀。将研磨后的粉末转移到石英舟中，600℃下煅烧0.5h，制得钛酸铋。

实施例3：

分别取0.35g氧化铋、0.01gp25、0.466g氯化钾和0.365g氯化钠于研钵中，他们的摩尔比分别为6：1：50：50，研磨均匀。将研磨后的粉末转移到石英舟中，700℃下煅烧1h，制得钛酸铋。

实施例4：

分别取0.35g氧化铋、0.01gp25、0.373g氯化钾和0.292g氯化钠于研钵中，他们的摩尔比分别为6：1：40：40，研磨均匀。将研磨后的粉末转移到石英舟中，800℃下煅烧0.5h，制得钛酸铋。

实施例5：

(1)配制浓度为10mg/l的罗丹明b溶液，将配好的溶液置于暗处。

(2)分别称取0.1g传统块状bi12tio20和二维bi12tio20纳米片光催化剂，置于光反应器中，分别加入100ml步骤(1)所配好的罗丹明b溶液，磁力搅拌30min，鼓泡，暗反应1h,待催化剂分散均匀后，打开水源，光源，进行光催化降解实验。

(3)每30min取样一次，取样量为5ml，用多管架自动平衡离心机离心3min,使催化剂完全沉淀，离心后用于紫外-可见吸光度的测量。

(4)由图4可见所制备的二维bi12tio20纳米片具有优异的光催化活性，反应30min，对染料的降解率已达到50％，光照120min降解率接近100％，其性能优于传统块状bi12tio20。