[发明专利]BiOBr可见光催化薄膜及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于半导体光催化材料的制备技术领域，涉及离子液体辅助醇热法制备片状BiOBr光催化薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

随着全球工业的高速发展，环境问题已日益凸显。光催化技术因可利用太阳能解决环境污染问题而备受青睐。同时，半导体光催化技术具有效率高、能耗低、反应条件温和、适用范围广和可减少二次污染等突出优点。其中二氧化钛由于其光催化活性高、稳定性高、安全无毒等优点而成为研究热点。同时纳米TiO₂薄膜材料由于具有高透射性、高光电转换效率、紫外线屏蔽性以及红外线反射性等特性在废水处理、抗菌自洁、太阳能电池、气体敏感器等领域有着广阔的应用前景。但是由于TiO₂本身禁带宽度较大，只能吸收紫外光，对太阳光的利用率低，因而在实际应用中存在较大的局限性。发展新型非TiO₂系的薄膜光催化材料是解决这一问题的途径之一，在大幅提高可见光利用率的同时获得更高的实用利用价值。Bi系光催化材料由于其6s轨道能与O的2p轨道杂化，故而能有效提高价带位置，令其在可见光区有很好的响应。其中BiOBr光催化剂因其优异的可见光催化性能而被广泛关注。已有不同形貌的BiOBr粉体光催化剂及其与其它半导体材料形成的复合材料应用于污染物降解的研究报道。但是目前的研究仍集中在粉体催化剂，尚无成功制备BiOBr光催化薄膜的研究工作。我们首次利用离子液体辅助醇热法成功制备了BiOBr光催化薄膜，解决了粉体催化剂在实际应用中难以分离回收的问题。通过调控BiOBr光催化薄膜在玻璃基底上的晶体生长过程，获得了高结晶度的与基底牢固结合的片状BiOBr光催化薄膜，增强了对可见光的吸收，有效提高了光催化薄膜的催化活性，为今后的实际应用奠定了理论和应用基础。

发明内容

本发明提供了一种简便的BiOBr光催化薄膜制备方法，并并将其应用于可见光下降解罗丹明B染料污染物。所获得的BiOBr光催化薄膜具有片状结构，片层厚度约为24nm，薄膜结晶度高，具有优异的可见光催化活性。

本发明BiOBr光催化薄膜的制备步骤详述如下：

（1）称取Bi(NO₃)₃·5H₂O加入乙二醇与异丙醇的混合溶液中，搅拌至溶解后加入3-甲基-十六烷基咪唑溴盐（[C₁₆min]Br），继续搅拌至溶液澄清；

（2）将玻璃片直立于水热釜中，加入步骤（1）所得澄清溶液，于160-170℃下反应4-12h，取出玻璃片用乙醇洗涤3-5次并在室温下干燥后在350-450℃下焙烧4-5h，即可得到高结晶度、均匀分布的片状BiOBr光催化薄膜。

步骤（1）中Bi(NO₃)₃·5H₂O与乙二醇与异丙醇的混合溶液的固液比优选为2.5×10^-3g/mL-3×10^-3g/mL。

步骤（1）中乙二醇与异丙醇的体积比例为2:38至40:0，优选5:35。

步骤（1）中Br/Bi摩尔比为1:1至4:1，优选2:1。

步骤（2）中水热釜中反应优选在160℃下反应8h。

步骤（2）中焙烧温度优选400℃，焙烧时间优选4h。

进一步，为了有效抑制BiOBr在生长过程中发生团聚，可先对玻璃表面预处理：

将普通钠钙玻璃先后用盐酸溶液和无水乙醇超声洗净后置于80-90℃烘箱干燥；将烘干的玻璃片直立于水热釜中，加入去离子水，放入烘箱于180-200℃下保持6-8h，取出后用无水乙醇和去离子水洗净3-5次，放置室温下干燥。

处理后的玻璃表面形成网络结构，可有效抑制BiOBr在生长过程中发生团聚。

通过以下手段对BiOBr光催化薄膜进行结构表征：采用RigakuD/Max-RB型X射线衍射仪测量的X射线衍射（XRD）图谱进行样品的结构分析，采用JEOL JSM-6380LV型扫描电镜获得的扫描电镜（SEM）照片分析样品的形貌结构。

上述方法制备的BiOBr可见光催化薄膜与玻璃基底牢固结合，薄膜呈片状垂直于基底，其晶型为纯相的四方BiOBr晶相（JCPDS93-0393）。