一种Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合光材料的制备方法与流程

本发明属于光催化剂技术领域，特别涉及一种Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合光材料的制备方法。

背景技术：

硅酸铋(BSO)作为一种重要的功能材料，具有特殊的声光、光电、压电、电导及铁电等性能。Bi2O2SiO3是一种具有层状结构的奥里维里斯相化合物，由[Bi2O2]²⁺层与SiO3^2-层沿着c轴方向交替生长而组成层状结构，其阴离子氧酸根SiO3^2-使其呈现良好的结构稳定性与结晶性能，因此Bi2O2SiO3具有良好的化学稳定性，同时它有较好的可见光光响应。大多单一的铋系氧化物半导体均存在禁带宽度过宽或过窄的情况，使其响应波长范围不足。若能找到两种或两种以上，晶型匹配，结构相似，禁带宽度合适的半导体，形成异质结便能很好的决绝上述问题，提高铋系半导体可见光光催化性能。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合光材料的制备方法，其生产工艺简单，所需设备简单，制备周期短，所得复合光催化剂晶相稳定，结晶度高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合光材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将无水乙醇和去离子水混合放入烧杯中，在磁力搅拌器上搅拌，再向烧杯中加入柠檬酸并搅拌至完全溶解；

(2)称取硝酸铋加入所述烧杯中，用保鲜膜封住后充分搅拌至完全溶解；

(3)再向所述烧杯中加入正硅酸乙酯和分散剂，充分搅拌至完全溶解，形成粘稠状白色溶胶，即得到前驱体溶液；

(4)将前驱体溶液转移至水浴锅中加热得到硅酸氧铋凝胶，硅酸氧铋凝胶在加热过程中会排出大量的气泡，然后在烘箱中干燥得到Bi2O2SiO3/Si2Bi24O40干凝胶，呈白色疏松状；

(5)将得到的干凝胶进行烧结处理；

(6)将烧结处理后得到的粉体冷却至室温后，在超声作用下均匀分散在水中，与NaBr溶液进行超声复合，得到的产品收集离心并洗涤，然后干燥即得Bi2O2SiO3/Si2Bi24O40/BiOBr双异质结复合光催化剂。

所述步骤(1)中，无水乙醇和去离子水的体积比为1：1～1.2，所述在磁力搅拌器上搅拌的时间为5min～10min，所述柠檬酸加入后保持柠檬酸的浓度为0.1moL/L～0.8moL/L。

所述步骤(2)中，无硝酸铋加入后保持硝酸铋的浓度为0.1moL/L～1.5moL/L。

所述步骤(1)中，以缓慢的速度在磁力搅拌器上搅拌，所述步骤(2)中加入硝酸铋后，提高转速，并每隔约10min用玻璃棒搅拌沉积在烧杯底部的粉体。

所述步骤(3)中，分散剂为正磷酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇、酒石酸中的一种或者多种，其中每一种组份的浓度为0.2～0.8mol/L。

所述步骤(4)中，加热条件为50～100℃，4～10小时，干燥条件为120～200℃，4～10h。

所述步骤(5)中，烧结处理是将干凝胶在马弗炉中500～700℃下热处理10～14小时。

所述步骤(6)中，用去离子水和无水乙醇洗涤数次，然后在75～80℃下干燥。

所述步骤(6)中，粉体在超声作用下均匀分散在水中，调节pH为1.5～2.5。

所述步骤(6)中，NaBr溶液的浓度为0.1～0.15mol/L。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合材料的制备方法，有效的利用Bi2O2SiO3与Bi2O3间相似的结构，合适的禁带宽度，形成了半导体间异质结。该法经过了溶胶-凝胶、热处理、超声复合等过程。超声复合过程中形成Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr双异质结，异质结间的协同效应进一步提升该复合材料的光催化性能。本发明方法制备周期短，成本低，反应条件温和，不会产生二次污染。

附图说明

图1是实施例2所制备的Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合光材料的XRD。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

实施例1

一种Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将无水乙醇和去离子水以一定体积比混合放入烧杯中，以缓慢的速度在磁力搅拌器上搅拌5min～10min，称量柠檬酸加入烧杯中并搅拌至完全溶解；水醇体积比为1:1，柠檬酸浓度为0.5mol/L；

(2)称取一定量的硝酸铋加入烧杯中，提高转速，并每隔约10min用玻璃棒搅拌沉积在烧杯底部的粉体，用保鲜膜封住后充分搅拌至完全溶解；硝酸铋的浓度为0.2mol/L

(3)依次加入一定量正硅酸乙酯和聚乙二醇、十二烷基硫酸钠作为分散剂，充分搅拌至完全溶解，即得到前驱体溶液；正硅酸乙酯的浓度为0.1mol/L，分散剂各组分浓度为0.2mol/L。

(4)将前驱体溶液转移至水浴锅中并在50℃下保持10小时后得硅酸氧铋凝胶，然后在烘箱中200℃下干燥4h得到Bi2O2SiO3/Bi2O3干凝胶。

(5)将得到的粉体500℃下烧结处理14小时；

(6)将烧结处理的粉体冷却至室温后，称取粉体0.2g，在超声作用下均匀分散在水中，调节pH为1.5，与浓度为0.1mol/L的NaBr溶液进行超声复合，得到的产品收集离心并用去离子水和无水乙醇洗涤数次，然后在75℃下干燥，即得Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合材料。

Bi2O2SiO3/Bi2O3复合粉体在可见光照射下，150min对Rh B的降解率为78％，而本实施例所得Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr双异质结复合光催化剂在可见光照射下，30min对Rh B的降解率可达88％，高于前者近3倍

实施例2

一种Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合光材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将无水乙醇和去离子水以一定体积比混合放入烧杯中，以缓慢的速度在磁力搅拌器上搅拌5min～10min，称量柠檬酸加入烧杯中并搅拌至完全溶解；水醇体积比为1:1.1，柠檬酸浓度为0.4mol/L；

(2)称取一定量的硝酸铋加入烧杯中，提高转速，并每隔约10min用玻璃棒搅拌沉积在烧杯底部的粉体，用保鲜膜封住后充分搅拌至完全溶解；硝酸铋的浓度为0.6mol/L

(3)依次加入一定量正硅酸乙酯和聚乙二醇、正磷酸钠作为分散剂，充分搅拌至完全溶解，即得到前驱体溶液；正硅酸乙酯的浓度为0.3mol/L，分散剂各组分浓度为0.5mol/L。

(4)将前驱体溶液转移至水浴锅中并在100℃下保持4小时后得硅酸氧铋凝胶，然后在烘箱中200℃下干燥4h得到Bi2O2SiO3/Bi2O3干凝胶。

(5)将得到的粉体700℃下烧结处理10小时；

(6)将烧结处理的粉体冷却至室温后，称取粉体0.5g，在超声作用下均匀分散在水中，调节pH为2.5，与浓度为0.15mol/L的NaBr溶液进行超声复合，得到的产品收集离心并用去离子水和无水乙醇洗涤数次，然后在80℃下干燥，即得Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合材料。

Bi2O2SiO3/Bi2O3复合粉体在可见光照射下，150min对Rh B的降解率为78％，而本实施例所得Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr双异质结复合光催化剂在可见光照射下，30min对Rh B的降解率可达90％，高于前者近3倍。

从图1中可以看出，样品出现了明显的衍射峰，通过与标准卡片对比，发现所得样品晶相是斜方相的Bi2O2SiO3和立方相Bi2O3的的复合物。其中在25°附近还出现了BiOBr的衍射峰。所得样品Bi2O2SiO3和Bi2O3复合相结晶度高，晶相比例恰当，很好的形成了异质结，其中出现了少量的BiOBr相，证实了超声复合的成功。

实施例3

一种Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合光材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将无水乙醇和去离子水以一定体积比混合放入烧杯中，以缓慢的速度在磁力搅拌器上搅拌5min～10min，称量柠檬酸加入烧杯中并搅拌至完全溶解；水醇体积比为1:1.2，柠檬酸浓度为0.3mol/L；

(2)称取一定量的硝酸铋加入烧杯中，提高转速，并每隔约10min用玻璃棒搅拌沉积在烧杯底部的粉体，用保鲜膜封住后充分搅拌至完全溶解；硝酸铋的浓度为0.8mol/L；

(3)依次加入一定量正硅酸乙酯和十二烷基硫酸钠为分散剂，充分搅拌至完全溶解，即得到前驱体溶液；正硅酸乙酯的浓度为0.4mol/L，分散剂各组分浓度为0.6mol/L。

(4)将前驱体溶液转移至水浴锅中并在60℃下保持6小时后得硅酸氧铋凝胶，然后在烘箱中140℃下干燥6h得到Bi2O2SiO3/Bi2O3干凝胶。

(5)将得到的粉体600℃下烧结处理12小时；

(6)将烧结处理的粉体冷却至室温后，称取粉体0.4g，在超声作用下均匀分散在水中，调节pH为2，与浓度为0.12mol/L的NaBr溶液进行超声复合，得到的产品收集离心并用去离子水和无水乙醇洗涤数次，然后在75℃下干燥，即得Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr异质复合材料。

Bi2O2SiO3/Bi2O3复合粉体在可见光照射下，150min对Rh B的降解率为78％，而本实施例所得Bi2O2SiO3/Bi2O3/BiOBr双异质结复合光催化剂在可见光照射下，30min对Rh B的降解率可达92％，高于前者近3倍

由此可见，本发明方法工艺简单、周期短、设备简单、成本低，所得复合材料粉体由于双异质结的协同作用，表现出高的光催化性能。