一种BiOI/C/PANI的异质结材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种bioi/c/pani的异质结材料及其制备方法，属于纳米材料制备领域。

背景技术：

环境问题已成为当今世界的焦点问题之一，为了有效降解工业废料及改善污染问题，光催化氧化技术广泛受到人们的关注。而光催化半导体材料对光催化技术有着至关重要的作用。而今的研究难点在于光生载流子寿命短、复合速率快，致使光催化性能受到限制。目前改善此问题的方法主要有非金属或金属掺杂、贵金属沉积、复合半导体等。

zhou等合成碘化银与氯氧铋的复合材料，通过形成异质结来改善光生载流子的复合速率[zhouc,laic,xup,etal.insitugrownagi/bi12o17cl2heterojunctionphotocatalystsforvisiblelightdegradationofsulfamethazine:efficiency,pathwayandmechanism[j].acssustainablechemistry&engineering,2018:acssuschemeng.7b04584.]。yang等制备了碘氧铋与银、碘化银的复合材料，形成z系异质结改善催化性能[yangy,zeng,zhuotong,zhang,chen,etal.constructionofiodinevacancy-richbioi/ag@agiz-schemeheterojunctionphotocatalystsforvisible-light-driventetracyclinedegradation:transformationpathwaysandmechanisminsight[j].chemicalengineeringjournal,2018:s1385894718309069.]。以上改善光催化性能的方法皆有贵金属的参与，这限制了材料的批量使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种bioi/c/pani的异质结材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种bioi/c/pani的异质结材料，将二维纳米片bioi负载在碳球上，将其与条形的聚苯胺复合形成异质结，通过机械搅拌，得到异质结材料；

其中，bioi为二维纳米片状，宽度在200nm左右；碳球的尺寸在100nm左右，聚苯胺为条状，宽度约为50nm，质量比分别为c:bioi:pani≈1:9:2，c:bioi:pani≈0.5:9:2。

上述bioi/c/pani的异质结材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将葡萄糖溶于水后，放在反应釜中，在180℃水热20h。然后将所得产物洗涤干燥；

第二步，将第一步所得碳球放入乙醇溶液中，超声使其均相。将五水硝酸铋溶于乙二醇，碘化钾溶于乙醇，再将三者逐滴混合，在180℃下水热6h；

第三步，将苯胺，过硫酸铵，草酸分别溶于水中，逐滴混合，在常温下反应6h，得到墨绿色聚苯胺；

第四步，将第二步与第三步所得产物溶于丙酮，超声成均相，在45℃搅拌直到搅干，收集样品，即得到以碳球为模板的半导体bioi与pani的异质结材料。

本发明与现有技术相比，其优点在于：(1)合成材料无贵金属参与，且制备方法简便，实验周期短，利于大量生产。(2)合成的材料为纳米花球形，比表面积大，活性位点暴露较多。

附图说明

图1是本发明bioi/c/pani的异质结材料的制备方法示意图。

图2是本发明对比实例1、对比实例2、对比实例3和实施实例2所制备材料的透射电镜图(其中(a)为聚苯胺的透射电镜图,(b)为聚苯胺边界的透射电镜图，(c)为单个碳球的透射电镜图,(d)为碳球堆积的透射电镜图，(e)为bioi/c的透射电镜图,(f)为另一角度bioi/c的透射电镜图,(g)为bioi/c/pani的高倍透射电镜图,(h)为bioi/c/pani形成异质结的透射电镜图)。

图3是本发明实施实例2中bioi/c/pani的扫描电镜图。

图4是本发明对比实例1、对比实例3和实施实例2所制备材料的xrd图谱。

具体实施方式

第一步，将葡萄糖溶于水后，放在反应釜中，在180℃水热20h。然后将所得产物洗涤干燥；

第二步，将第一步所得碳球放入乙醇溶液中，超声使其均相。将五水硝酸铋溶于乙二醇，碘化钾溶于乙醇，五水硝酸铋与碘化钾的摩尔比为1:1，再将三者逐滴混合，在180℃下水热6h；

第三步，将摩尔比为1:1:0.3的苯胺，草酸，过硫酸铵分别溶于水中，逐滴混合，在常温下反应6h，得到墨绿色聚苯胺；

第四步，将第二步与第三步所得产物溶于丙酮，超声成均相，在45℃搅拌直到搅干，收集样品，即得到bioi/c/pani的异质结材料。

实施例1

第一步，将16g葡萄糖溶于40ml去离子水中，溶解后，放入反应釜，在180℃水热20h。然后将所得产物洗涤干燥；

第二步，将第一步所得碳球取0.01g，放入30ml乙醇溶液，超声使其均相。将0.25mmol五水硝酸铋溶于10ml乙二醇，0.25mmol碘化钾溶于10ml乙醇，再将三者逐滴混合，在180℃下水热6h；

第三步，将1.4mmol苯胺溶于0.047mol/l的草酸溶液(20ml)，0.53mmol过硫酸铵溶于0.047mol/l的草酸溶液(10ml)，逐滴混合，在常温下反应6h，得到墨绿色聚苯胺；

第四步，将第二步与第三步所得产物分别溶于10ml丙酮，超声成均相，逐滴混合，在45℃搅拌直到搅干，收集样品，即得到bioi/c/pani的异质结材料。

实施例2

第一步，将16g葡萄糖溶于40ml去离子水中，溶解后，放入反应釜，在180℃水热20h。然后将所得产物洗涤干燥；

第二步，将第一步所得碳球取0.005g，放入30ml乙醇溶液，超声使其均相。将0.25mmol五水硝酸铋溶于10ml乙二醇，0.25mmol碘化钾溶于10ml乙醇，再将三者逐滴混合，在180℃下水热6h；

第三步，将1.4mmol苯胺溶于0.047mol/l的草酸溶液(20ml)，0.53mmol过硫酸铵溶于0.047mol/l的草酸溶液(10ml)，逐滴混合，在常温下反应6h，得到墨绿色聚苯胺；

第四步，将第二步与第三步所得产物分别溶于10ml丙酮，超声成均相，逐滴混合，在45℃搅拌直到搅干，收集样品，即得到bioi/c/pani的异质结材料。

对比例1：

第一步，将1.4mmol苯胺溶于0.047mol/l的草酸溶液(20ml)，0.53mmol过硫酸铵溶于0.047mol/l的草酸溶液(10ml)；

第二步，将上述两种溶液逐滴混合，在常温下反应6h；

第三步，将产物洗涤干燥，得到墨绿色聚苯胺。

对比例2：

第一步，将16g葡萄糖溶于40ml去离子水中，溶解后，放入反应釜，在180℃水热20h；

第二步，将所得产物洗涤干燥，得到碳球。

对比例3：

第一步，将16g葡萄糖溶于40ml去离子水中，溶解后，放入反应釜，在180℃水热20h。然后将所得产物洗涤干燥；

第二步，将第一步所得碳球取0.01g，放入30ml乙醇溶液，超声使其均相。将0.25mmol五水硝酸铋溶于10ml乙二醇，0.25mmol碘化钾溶于10ml乙醇，再将三者逐滴混合，在180℃下水热6h；

第三步，将第二步所得产物洗涤干燥，得到bioi/c复合材料。

结合图2，(a),(b)显示所制备聚苯胺为50nm左右的条状缠绕在一起；(c)，(d)显示所制备的碳球粒径比较均一，约在100nm左右；(e),(f)显示所制备的bioi/c材料，可以看到bioi以片状结构负载在碳球表面；(g),(h)显示所制备的新型bioi/c/pani材料，可以清楚地看到bioi的晶格线，并发现bioi、c、pani三者紧密结合在一起，形成异质结。

结合图3，可看出制备的bioi/c/pani复合材料为纳米花球型，且尺寸较均一。

结合图4，制备的bioi/c与bioi/c/pani材料与bioi的标准谱图相符合。bioi/c/pani的xrd谱图与bioi相比无变化，说明与pani的负载并没有改变bioi的晶体结构。碳球的峰大约在21度，相对于bioi的峰来说很弱，故而不明显。