[发明专利]一种片状纳米氯氧化铋薄膜光催化剂的电化学制备方法

说明书

技术领域

本发明一种片状纳米氯氧化铋薄膜光催化剂的电化学制备方法，属于环境化工光催化技术领域，具体涉及一种片状纳米BiOCl薄膜光催化材料的电化学制备方法及应用的技术方案。

背景技术

氯氧化铋(BiOCl)是一种间接带隙半导体，由[Bi₂O₂]层和游离的Cl原子构成，具有高度各项异性的层状结构，这两个明显的优点便于光生电子-空穴的分离，保证了BiOCl良好稳定的光催化活性(化学进展，2009，21：1734-1741)。因此，作为一种在有机污染物处理领域有广阔的发展前景的光催化材料，BiOCl受到研究者们的高度关注。不少研究者报道了对BiOX(X＝Cl，Br，I)系列粉体光催化剂的制备、表征和光催化活性研究工作，通过水解或溶剂热法制得了BiOX粉体，具有纳米微球状微观形貌的BiOX系列粉体被广泛报道(Rare Metals，2008，27：243-250；Journal of Catalysis，2009，262：144-149；Catalysis Communications，2011，12：1136-1141；Journal of Hazardous Materials，2011，192：538-544；Colloids and Surfaces A：Physicochem.Eng.Aspects，2011，387：23-28)。对BiOX粉体催化剂的改性工作也日渐被报道。为了改善BiOCl的吸光性质，使其光吸收带红移，印度的Pare等通过水解法制得了Mn掺杂的BiOCl粉末，通过表征得知，Mn的掺入不仅使得BiOCl的带隙由3.48eV降至2.74eV，还使得BiOCl的粒径减小(Applied Surface Science，2011，258：247-253)。Zhu等报道了Ag/BiOI对E.coli 8099的灭菌过程，通过乙二醇溶剂热法制得了Ag掺杂的BiOI(Separation and Purification Technology，2011)。另外，Fe₃O₄、WO₃和BOH等复合修饰的BiOCl粉体催化剂也被研究者们的所报道(Applied Catalysis B：Environmental，2009，90：458-462；Applied Catalysis A：General，2011；Catalysis Communications，2011，16：229-233；Journal of Colloid and Interface Science，2011，356：465-472)。粉末光催化剂具有比表面积大，催化活性好等优点，但是在实际应用方面存在固有的劣势，如分散性差、固液分离问题以及回收利用问题等等。因此，对光催化剂固定化技术的研究，在解决光催化技术的实际应用问题方面有明显的价值。在现有的报道中关于BiOX系列光催化剂的固定化问题，并未受到研究者们的普遍关注，仅有位数不多的报道。曹四海等提供了采用物理气相沉积和化学氧化法制备BiOCl薄膜的方法(CN101724839A；Nanotechnology，2009，20：275702)，制得的薄膜具有花球状结构，但是制备过程中需要通过复杂的物理气相沉积过程，需要特殊的仪器设备和高纯气体作为保护气，制备薄膜的成本较高，操作过程复杂，不利于工业化生产。吴素娟等采用模板法制备了BiOCl纳米线阵列，并考察了其在紫外光照射下对罗丹明B的降解活性(Materials Letters，2010，64：115-118)，但是该方法需要氧化铝模板，在制备过程中需要较高的干燥温度和较长的干燥时间。张礼知等采用连续离子层吸附反应法制得BiOI薄膜电极，并指出了薄膜电极在太阳能电池领域的应用潜能(CN101857382A)，方法简单，无需特制的反应釜和仪器，但是需要经过重复多次才能制得所需薄膜，操作过程较为繁琐。现有的BiOX固定化方法要么需要复杂的物理制备过程，要么需要制备模板，或是制备周期较长，因此，找出一种反应条件温和、简单易行且能制备出晶相结构统一，分布均匀的BiOCl薄膜的方法是很有必要的。电化学反应条件温和，无需高温高压和特别的仪器设备，阴极电沉积法和阳极氧化法在其他种类的薄膜光催化材料(如TiO₂薄膜等)的制备中被多次采用()，但目前为止还未发现采用电化学方法制备BiOCl薄膜的报道。

发明内容