光催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光催化领域，涉及采用水热法制备卤氧化铋固溶体光催化材料，通过控制原料的加入量，可制备出不同卤素摩尔比、{001}面高度暴露、超薄B1BrxI^x光催化剂，且所制备的超薄B1BrJ1-X光催化剂具高效的可见光催化性能。
【背景技术】
[0002]目前环境污染的严重，已成为亟需解决的焦点问题。特别是有毒、难降解有机污染物(如卤代物、农药、染料等)引起的环境问题已成为影响人类生存与健康的重大问题。光催化降解有机物是一种安全、经济、有效的绿色环保技术。该技术能使环境中的有机污染物发生氧化分解反应，最终降解为CO2、水和无机离子等小分子物质，无二次污染，被认为是目前最有前景的污染处理方法。
[0003]T12作为一种常见的光催化材料，只能被紫外光激发，吸收可见光的能力较差，而且光生电子-空穴对容易复合，导致光催化效率较低。铋系光催化材料因具有特殊的层状结构和适当大小的禁带宽度而引起广泛的兴趣。目前已报道的铋系光催化剂主要包括氧化铋，卤氧化铋，铋的含氧酸盐以及复合型铋催化剂等。其中最有代表性的是卤氧化铋系列化合物，它们因价格便宜、光催化活性高、稳定性好等优势，具有潜在的实用价值，越来越受到人们的关注。
[0004]卤氧化铋是一种PbFCl型具有高度各向异性的层状结构半导体，B1X的晶体结构也可以看作沿c轴方向，双X-离子层和Bi2O2层交替排列构成的层状结构，双层排列的X(X =(:1，8^1)原子层之间由乂0 = (:1，8^1)原子通过范德华力结合，结合力较小，极易沿(001)方向解离从而暴露{001}面。最近研究表明B1X暴露{001}面更有助于电子-空穴对的分离。由于B1X层状结构通过范德华力结合，因此极易剥离成相应原子级的二维晶体结构，进而提高{001}暴露比。本发明通过加入小分子葡萄糖，控制卤素摩尔比的投入量，采用水热法合成一系列高度暴露{001}面超薄结构B1BrxI1I光催化材料，此方法合成的光催化剂具有适当的卤素比例，独特的微观形貌和可调带隙，对其在可见光下催化降解有机物起到重要的作用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种超薄B1BrxI1-X光催化剂及其制备方法，该方法工艺简单、成本低廉，合成的不同卤素摩尔比超薄B1BrJ1-X光催化剂光催化性能不同。
[0006]本发明提供用于降解有机污染物的超薄B1BrxI1-X光催化剂的制备方法，其特征在于:以铋盐、溴化物、碘化物、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、葡萄糖为原料，控制溴化物和碘化物的加入量，通过简单水热法得到一系列不同卤素摩尔比超薄B1BrxI1I光催化剂，制备的不同卤素摩尔比的超薄B1BrJ1-X光催化剂具有不同的可见光催化活性，具体制备过程为:
[0007]将一定量的铋盐溶解在O?1mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;将O?0.1g葡萄糖溶于1mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌10?30min，形成的溶液记作B溶液;将一定量不同摩尔比的溴化物和碘化物溶于5mL去离子水中，缓慢加入A溶液中，继续搅拌10?30min，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100?200°C反应8?20h，将所得产物离心分离，并在50?100°C真空干燥，得到一系列不同摩尔比的超薄B1BrsI1-X光催化剂。
[0008]本发明中所述的超薄B1BrsI1-X光催化剂制备方法中提到的铋盐为硝酸铋、氯化铋中的一种，溴化物为溴化钠、溴化钾中的一种，碘化物为碘化钠和碘化钾中的一种。
[0009 ]本发明中所述的超薄B i OBrxI i—x光催化剂制备方法中铋盐最终的浓度控制在0.0I?0.lmol/L，且铋元素与卤素元素(碘元素和溴元素总量)摩尔比为I: I。
[0010]本发明与现有技术相比，具有显著优点:
[0011 ] (I)本发明采用简单的水热法，通过加入小分子葡萄糖，控制卤素加入量合成一系列不同卤素摩尔比、高度暴露比{001}面、超薄B1BrsI1-X光催化剂，该方法工艺简单，易操作，成本低廉。
[0012](2)本发明所制备的一系列不同卤素摩尔比的超薄B1BrsI1-X光催化剂光催化性能优异且明显不同，说明构筑超薄结构能显著提高B1BrxI1I光催化性能，并且控制卤素比例可实现对B1BrxI X光催化性能调控。
【附图说明】
[0013]图1超薄B1BrsI1-X光催化剂的X-射线衍射花样；
[0014]图2超薄B1BrsI1-X光催化剂的透射电子显微照片；
[0015]图3超薄B1BrsI1-X光催化剂的光催化性能测试
【具体实施方式】
[0016]本发明提供用于降解有机污染物的超薄B1BrxIh光催化剂的制备方法，其特征在于:以铋盐、溴化物、碘化物、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、葡萄糖为原料，控制溴化物和碘化物的加入量，通过简单水热法得到一系列不同卤素摩尔比的超薄B1BrxI 1-x光催化剂，制备的不同卤素摩尔比的超薄B1BrsI1-X光催化剂具有不同的可见光催化活性，具体制备过程为:
[0017]将一定量的铋盐溶解在O?1mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;将O?0.1g葡萄糖溶于1mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌10?30min，形成的溶液记作B溶液;将一定量不同摩尔比的溴化物和碘化物溶于5mL去离子水中，缓慢加入A溶液中，继续搅拌10?30min，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100?200°C反应8?20h，将所得产物离心分离，并在50?100°C真空干燥，得到一系列不同摩尔比的超薄B1BrsI1-X光催化剂。
[0018]为了更好的理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面所给出的实例。
[0019]实施方实例1:本发明一种超薄B1BrxI1-x光催化剂的制备方法，其制备过程为:
[0020]将Immol硝酸铋溶解在1mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;将0.1g葡萄糖溶于1mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌30min，形成的溶液记作B溶液；将一定量不同摩尔比(0:1，1:4，2:3，5:5，3:2，4:1，1:0)的溴化钾和碘化钠溶于511^去离子水中，缓慢加入A溶液中，继续搅拌30min，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100°C反应10h，将所得产物离心分离，并在60°C真空干燥，得到一系列不同卤素摩尔比的超薄B1BrxI1-X光催化剂。
[0021 ] 如图1所示，对超薄B i OBrxI ι-χ光催化剂的物相进行了表征，当X = O或I时，得到的是B1I和B1Br，衍射峰出峰位置与标准谱图(JCPDS 10-0445))及(JCPDS 09-0393—致，当X介于O?I之间，B1BrsI1-X衍射峰的位置介于B1I和B1Br之间。且这一系列B1BrxI1-X光催化剂均完全暴露{001}面，因为XRD衍射峰中只存在{001}面衍射峰。透射电子显微镜对所制备的B1BrxI1I光催化剂的形貌进行了表征，如图2为x = 0.6时所得到的B1BrQ.61.4透射电子显微镜图片，样品为二维超薄纳米片。所制备的超薄B1BrxI1I光催化剂光催化性能是通过300W氙灯提供的可见光照射下降解罗丹明B溶液来衡量的，具体的实验过程如下:称取1mg光催化剂加入浓度为10mg/L的10mL RhB溶液中，将配好的溶液置于暗处搅拌分散
0.5h使其达到吸附平衡。然后将溶液进行光催化反应，每隔一定时间取约4mL的溶液，离心过滤掉催化剂，用紫外分光光度计来测量溶液中残留的RhB吸光度。超薄B1BrsI1-X光催化剂光催化性能如图3所示，其结果表明1 = 0.6时，超薄^08^).61().4表现出最佳的光催化性會K。
[0022 ]实施实例2:本发明一种超薄B1BrxI 1-x光催化剂的制备方法，其制备过程为:
[0023]将Imm01硝酸铋溶解在5mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;将0.1g葡萄糖溶于1mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌30min，形成的溶液记作B溶液；将一定量不同摩尔比(0:1，1:4，2:3，5:5，3:2，4:1，1:0)的溴化钾和碘化钠溶于511^去离子水中，缓慢加入A溶液中，继续搅拌30min，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，120°C反应8h，将所得产物离心分离，并在50°C真空干燥，得到一系列不同卤素摩尔比的超薄B1BrxI1-X光催化剂。
[0024]实施实例3:本发明一种超薄B1BrxI1-x光催化剂的制备方法，其制备过程为:
[0025]将Imm01硝酸铋溶解在1mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;将
0.05g葡萄糖溶于1mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌30min，形成的溶液记作B溶液;将一定量不同摩尔比(0:1，1:4，2:3，5:5，3:2，4:1，1:0)的溴化钾和碘化钠溶于5mL去离子水中，缓慢加入A溶液中，继续搅拌30min，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100°C反应15h，将所得产物离心分离，并在60°C真空干燥，得到一系列不同卤素摩尔比的超薄B1BrsI1-X光催化剂。
【主权项】
1.一种超薄B1BrxI 1-X光催化剂的制备方法，其特征在于:以祕盐、溴化物、碘化物、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、葡萄糖为原料，通过加入小分子葡萄糖，控制溴化物和碘化物的加入量，采用简单水热法得到一系列不同比例、超薄、{001}面高度暴露的B1BrxI1I光催化剂，制备的超薄B1BrxI1I光催化剂具有高效的可见光催化活性，具体制备过程为: 将一定量的铋盐溶解在O?1mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明溶液A;将O?0.1g葡萄糖溶于1mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌10?30min，形成的溶液记作B溶液;将一定量不同摩尔比的溴化物和碘化物溶于5mL去离子水中，缓慢加入A溶液中，继续搅拌10?30min，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100?200°C反应8?20h，将所得产物离心分离，并在50?100°C真空干燥，得到一系列不同比例的超薄B1BrsI1-X光催化剂。2.根据权利要求1所述的超薄B1BrsI1-X光催化剂的制备方法，其特征在于权利I中铋盐为硝酸铋、氯化铋中的一种，溴化物为溴化钠、溴化钾中的一种，碘化物为碘化钠和碘化钾中的一种。3.根据权利要求1所述的超薄B1BrxI1I光催化剂的制备方法，其特征在于铋盐最终浓度控制在0.01?0.lmol/L，且铋元素与卤素元素(溴元素和碘元素总量)摩尔比为1:1。4.一种超薄B1BrsI1-X光催化剂，其特征在于:所述B1BrsI1-X光催化剂根据权利要求1?3中任意一项所述的制备方法所制得。
【专利摘要】本发明公开了一种超薄BiOBrxI1-x光催化剂及其制备方法，属于光催化领域。其主要特征是通过加入小分子葡萄糖，调节纳米片厚度，控制溴化物和碘化物的加入量，采用简单水热法得到一系列不同比例、超薄、{001}面高度暴露的BiOBrxI1-x光催化剂，有效地提高了卤氧化铋的光催化性能。制备步骤为：以铋盐、溴化物、碘化物、N，N-二甲基甲酰胺、葡萄糖为原料，控制卤素的投入量，通过简单水热法得到一系列不同比例的超薄BiOBrxI1-x光催化剂。该方法工艺简单，成本低廉，制备的超薄BiOBrxI1-x光催化剂具有高效的可见光催化活性。
【IPC分类】B01J27/06
【公开号】CN105521800
【申请号】CN201510937164
【发明人】段芳, 汪晓凤, 谈婷婷, 张风丽, 王安贤, 倪忠斌, 陈明清
【申请人】江南大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月14日