一种碳掺杂氯氧铋纳米花粉末的制备方法与流程

本发明属于光催化材料制备技术领域，具体涉及一种碳掺杂氯氧铋纳米花粉末的制备方法。

背景技术：

biocl作为一种三重氧化物新型半导体光催化剂，因其结构开放、低油脂吸收、制备成本低、绿色无毒、化学稳定性高等特点被广泛应用于医药、颜料、光学和清洁能源等领域。它是由两个氯离子层包裹着一个[bi2o2]²⁺层形成的三明治结构，其广阔的层间空间、大的比表面积和丰富的活性基都为其在光催化领域的应用提供了理论基础。然而单一的biocl间接带隙约为3.2ev，只在紫外光区响应，严重制约了其在光催化领域的发展，因此对biocl进行改性尤为重要。

已有研究表明，“表面形貌调控”、“贵金属元素修饰”、“掺杂”、“半导体复合”和“暴露晶面控制”等都是biocl改性的常用方法。其中，“表面形貌调控”和“掺杂”因其操作简单、可控性高成为提高单一材料物化性能的有效途径。光催化材料形貌、尺寸效应对光催化材料活性的影响至关重要。大量研究结果表明，颗粒尺寸变小，比表面积增大，粗糙度增加，形成表面凹凸不平的形貌时，粒子表面活性单元增加，实现接触反应机率增大，光催化效率增加。当催化剂晶粒小到纳米级时，光催化效率更是由于比表面积的增大而获得提高。此外，通过掺杂使离子进入光催化材料晶格中，引入缺陷或改善结晶度以改变其能带结构和禁带宽度，使光谱响应范围拓展至可见光区从而大大提高光催化材料活性的作用同样不可忽视。其中，非金属碳掺杂因其原料来源广、价格低廉等特点在tio2等半导体材料中应用广泛，技术较为成熟，而目前对biocl的碳掺杂研究较为欠缺，因此开发一种纳米级的碳掺杂氯氧铋材料很有必要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种碳掺杂氯氧铋纳米花粉末的制备方法，解决了现有单一biocl材料响应范围窄、制备工艺复杂、制备成本高、光催化效率低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种碳掺杂氯氧铋纳米花粉末的制备方法，将五水合硝酸铋与氯化镍分别加入到丙三醇中溶解，然后将两种溶液混合均匀；将混合溶液置于烘箱内进行水热反应，得到固液混合物；对固液混合物进行洗涤干燥，即得到碳掺杂氯氧铋纳米花粉末。

本发明特点还在于，

五水合硝酸铋与氯化镍按bi：cl的摩尔比为1：0.5～3加入。

五水合硝酸铋与丙三醇的质量体积比为0.02～0.04g/ml，氯化镍与丙三醇的质量体积比为0.004～0.006g/ml。

水热反应温度为150～170℃，保温10～14h。

洗涤采用去离子水和无水乙醇。

洗涤为离心清洗3～5次。

干燥温度为50～70℃，时间为20～26h。

本发明的有益效果是，

1、本发明通过常见化学原料五水合硝酸铋与氯化镍一步水热法，制备出碳掺杂氯氧铋纳米花粉末。所得到的氯氧铋粉末由纳米级的层状结构聚集成花状，不仅增加了材料的比表面积和反应活性位点，显著提高了材料的光降解效率，同时通过掺杂溶剂丙三醇中引入的碳元素改变了材料的能带结构和禁带宽度，使材料的光谱响应范围拓展至可见光区域，打破了单一氯氧铋材料的应用局限。

2、本发明方法能够在一般实验条件下仅通过一步水热法得到碳掺杂氯氧铋纳米花粉末。实验过程操作简单、产品制备周期短、无大型复杂设备要求、原料及产物均绿色无污染、原料来源广、经费需求低，人力投入少、产物效率高。具有极大的工业化应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的碳掺杂氯氧铋纳米花粉末的扫描电子显微照片；

图2是本发明实施例2制备的碳掺杂氯氧铋纳米花粉末的扫描电子显微照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种碳掺杂氯氧铋纳米花粉末的制备方法，通过五水合硝酸铋、氯化镍和丙三醇的一步水热法，制备出碳掺杂氯氧铋纳米花粉末。具体按照以下步骤实施：

步骤1，按bi：cl的摩尔比为1：0.5～3称取五水合硝酸铋与氯化镍，分别置于丙三醇中，超声15～30min使溶质完全溶于溶剂中并分散均匀，五水合硝酸铋与丙三醇的质量体积比为0.02～0.04g/ml，氯化镍与丙三醇的质量体积比为0.004～0.006g/ml。

步骤2，将步骤1中分散好的五水合硝酸铋溶液与氯化镍溶液混合置于干净的聚四氟乙烯内衬中，加入磁力搅拌转子强磁力搅拌30～40min，使混合液分散均匀，后取出转子。

步骤3，将步骤2所得内置均匀混合液的聚四氟乙烯内衬移入配套的不锈钢反应釜中，拧紧盖子。后置于烘箱中150～170℃保温10～14h。随炉空冷后，取出得到的固液混合物，用去离子水和无水乙醇分别离心清洗3～5次；随后，在50～70℃烘箱中干燥20～26h，即可获得碳掺杂氯氧铋纳米花粉末。

本发明通过常见化学原料五水合硝酸铋与氯化镍一步水热法，实现了碳掺杂氯氧铋纳米花粉末的制备。具有实验过程操作简单、产品制备周期短、无大型复杂设备要求、原料及产物均绿色无污染、原料来源广、经费需求低，人力投入少、产物效率高等优异特点。所得的纳米花氯氧铋粉末由纳米级的层状结构聚集成花状，比表面积大且光谱响应范围拓展至可将光区，光能利用率显著提升，打破了单一氯氧铋材料的应用局限，具有十分广阔的应用前景。

实施例1

步骤1，碳掺杂氯氧铋纳米花粉末的制备

按bi：cl的摩尔比为1：1称取五水合硝酸铋与氯化镍，各置于丙三醇中，超声20min使溶质完全溶于溶剂中并分散均匀，五水合硝酸铋与丙三醇的质量体积比为0.02g/ml，氯化镍与丙三醇的质量体积比为0.004g/ml。将分散好的五水合硝酸铋溶液与氯化镍溶液混合置于干净的聚四氟乙烯内衬中，加入磁力搅拌转子强磁力搅拌30min，使混合液分散均匀，后取出转子。所得混合液移入配套的不锈钢反应釜中，后置于烘箱中水热160℃保温12h。随炉空冷后，取出得到的固液混合物，用去离子水和无水乙醇分别离心清洗3次；随后，在50℃烘箱中干燥26h，即可获得碳掺杂氯氧铋纳米花粉末。

对得到的碳掺杂氯氧铋纳米花粉末进行可见光响应光降解性的测定：

称取10mg所得碳掺杂氯氧铋纳米花粉末加入50m，15mg/l的罗丹明b溶液中，遮光搅拌1h后，在加有可见光滤波片的氙灯下照射5min，用吸管吸取反应液进行降解率测定。

测试结果表明，该实验条件下，可见光照射5min罗丹明b的降解率达到99.66％，可见光下降解效果显著。

实施例1得到的碳掺杂氯氧铋纳米花粉末sem照片如图1所示，可以明显看出其由纳米级的层片聚集成花状，纳米花大小均匀，比表面积较大。

实施例2

按bi：cl的摩尔比为1：2分别称取五水合硝酸铋与氯化镍，各置于丙三醇中，超声25min使溶质完全溶于溶剂中并分散均匀，五水合硝酸铋与丙三醇的质量体积比为0.04g/ml，氯化镍与丙三醇的质量体积比为0.006g/ml。将分散好的五水合硝酸铋溶液与氯化镍溶液混合置于干净的聚四氟乙烯内衬中，加入磁力搅拌转子强磁力搅拌35min，使混合液分散均匀，后取出转子。所得混合液移入配套的不锈钢反应釜中，后置于烘箱中水热150℃保温14h。随炉空冷后，取出得到的固液混合物，用去离子水和无水乙醇分别离心清洗4次；随后，在60℃烘箱中干燥24h，即可获得碳掺杂氯氧铋纳米花粉末。

对得到的碳掺杂氯氧铋纳米花粉末进行可见光响应光降解性的测定：

称取10mg所得碳掺杂氯氧铋纳米花粉末加入50m，15mg/l的罗丹明b溶液中，遮光搅拌1h后，在加有可见光滤波片的氙灯下照射5min，用吸管吸取反应液进行降解率测定。

测试结果表明，该实验条件下，可见光照射5min罗丹明b的降解率达到98.81％，可见光下降解效果显著。

实施例2得到的碳掺杂氯氧铋纳米花粉末sem照片如图2所示，可以明显看出其由纳米级的层片聚集成花状，纳米花大小均匀，比表面积较大。

实施例3

按bi：cl的摩尔比为1：3分别称取五水合硝酸铋与氯化镍，各置于丙三醇中，超声30min使溶质完全溶于溶剂中并分散均匀，五水合硝酸铋与丙三醇的质量体积比为0.03g/ml，氯化镍与丙三醇的质量体积比为0.005g/ml。将分散好的五水合硝酸铋溶液与氯化镍溶液混合置于干净的聚四氟乙烯内衬中，加入磁力搅拌转子强磁力搅拌40min，使混合液分散均匀，后取出转子。所得混合液移入配套的不锈钢反应釜中，后置于烘箱中水热170℃保温10h。随炉空冷后，取出得到的固液混合物，用去离子水和无水乙醇分别离心清洗5次；随后，在70℃烘箱中干燥20h，即可获得碳掺杂氯氧铋纳米花粉末。

对得到的碳掺杂氯氧铋纳米花粉末进行可见光响应光降解性的测定：

称取10mg所得碳掺杂氯氧铋纳米花粉末加入50m，15mg/l的罗丹明b溶液中，遮光搅拌1h后，在加有可见光滤波片的氙灯下照射5min，用吸管吸取反应液进行降解率测定。

测试结果表明，该实验条件下，可见光照射5min罗丹明b的降解率达到99.13％，可见光下降解效果显著。

实施例4

按bi：cl的摩尔比为2：1分别称取五水合硝酸铋与氯化镍，各置于丙三醇中，超声15min使溶质完全溶于溶剂中并分散均匀，五水合硝酸铋与丙三醇的质量体积比为0.025g/ml，氯化镍与丙三醇的质量体积比为0.0045g/ml。将分散好的五水合硝酸铋溶液与氯化镍溶液混合置于干净的聚四氟乙烯内衬中，加入磁力搅拌转子强磁力搅拌32min，使混合液分散均匀，后取出转子。所得混合液移入配套的不锈钢反应釜中，后置于烘箱中水热155℃保温13h。随炉空冷后，取出得到的固液混合物，用去离子水和无水乙醇分别离心清洗5次；随后，在55℃烘箱中干燥25h，即可获得碳掺杂氯氧铋纳米花粉末。

对得到的碳掺杂氯氧铋纳米花粉末进行可见光响应光降解性的测定：

称取10mg所得碳掺杂氯氧铋纳米花粉末加入50m，15mg/l的罗丹明b溶液中，遮光搅拌1h后，在加有可见光滤波片的氙灯下照射5min，用吸管吸取反应液进行降解率测定。

测试结果表明，该实验条件下，可见光照射5min罗丹明b的降解率达到99.26％，可见光下降解效果显著。

实施例5

按bi：cl的摩尔比为1：1.5分别称取五水合硝酸铋与氯化镍，各置于丙三醇中，超声15min使溶质完全溶于溶剂中并分散均匀，五水合硝酸铋与丙三醇的质量体积比为0.02g/ml，氯化镍与丙三醇的质量体积比为0.006g/ml。将分散好的五水合硝酸铋溶液与氯化镍溶液混合置于干净的聚四氟乙烯内衬中，加入磁力搅拌转子强磁力搅拌37min，使混合液分散均匀，后取出转子。所得混合液移入配套的不锈钢反应釜中，后置于烘箱中水热165℃保温11h。随炉空冷后，取出得到的固液混合物，用去离子水和无水乙醇分别离心清洗5次；随后，在65℃烘箱中干燥22h，即可获得碳掺杂氯氧铋纳米花粉末。