[发明专利]光催化材料钛掺杂氯氧化铋微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化材料钛掺杂氯氧化铋微球的制备方法，属于光催化剂材料制备技术领域。

技术背景

半导体光催化氧化技术具有操作简单、反应条件温和、能耗低及二次污染少等优点,因而在环境治理领域引起广泛关注。具有高效催化活性的光催化材料的研究开发，也成为目前国内外研究的热点。BiOX作为一种新型的半导体材料，具有独特的电子结构、良好的光学性质和催化性能，可以很好地响应可见光，因而具有很高的催化活性。近年来，人们发现BiOCl在净化纺织染料和污废水方面可以作为一种潜在的优良的光催化材料。Lei et al.（CrystEngComm,2009.11(9):1857-1862.）利用简单的化学合成方法在不同溶剂中制备了不同形貌的BiOCl，循环降解甲基橙溶液的实验结果表明，不同形貌的BiOCl都能很好地响应可见光，具有很高的催化活性。为了进一步的提高BiOCl的催化活性，并探讨其可能的应用，可以采用如下的方法进行调节：如形貌控制，贵金属沉积，离子掺杂，表面敏化，异质结复合材料等。

作为提高光催化剂活性的方法，掺杂金属离子法是目前使用最为普遍的改进方法。通过金属离子掺杂，可以改变光催化剂的结晶度，以及增加其晶格缺陷，通过捕获光生电子来有效的减小空穴-电子对的复合几率，从而大大提高光催化的效率。Choi et al.（J.Phys.Chem.1994，98，13669-13679）通过对TiO₂掺杂不同金属离子，发现光催化性能均有不同程度的改善，掺杂后催化剂表面吸附氧的活泼性、金属离子的价态及得电子能力上的差异决定了不同离子掺杂光催化材料的光催化性能。但如何选择匹配的金属离子进行复合以发挥最大优势成为制备复合材料的关键问题之一。杨淼等（Acta Materiale Compositae Sinica,2012,29,117-121）采用溶液燃烧法制备了一系列不同Ｔi掺杂的LaNiO3光催化剂，Ti掺杂可显著降低光生载流子的复合几率。但以上合成方法均存在合成周期较长、产率相对较低、产品尺寸形貌难以均一化、不利于工业化大批量生产等缺点；因此利用高效简便的水热反应，在不同溶剂中合成Ti掺杂BiOCl光催化剂材料，应用于高效降解有机污染物方面有着积极的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种光催化剂材料-Ti掺杂的BiOCl微球，是以BiOCl(氯氧化铋)为基体，实现Ti在BiOCl中的掺杂改性，在可见光下具有高催化活性。

本发明的另一个目的是提供一种光催化剂材料-Ti掺杂的BiOCl微球的制备方法。

本发明的技术方案为：

光催化剂材料-Ti掺杂的BiOCl微球的制备方法，步骤如下：

（1）将五水合硝酸铋分散到溶剂中，搅拌均匀形成浓度为8-16g/L的稳定溶液，所述的溶剂为乙二醇甲醚、乙二醇或乙醇；搅拌时间为30-60min；

（2）将氯化钠，钛酸四丁酯在超声条件下缓慢加入到步骤（1）的稳定溶液中，搅拌均匀；氯化钠的浓度是0.975-1.95g/L；超声时间为10-30min；

（3）将混合好的溶液倒入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，并在160-200℃反应8-24h后自然冷却；

（4）利用去离子水、无水乙醇对反应产物进行多次离心洗涤后，将产物干燥得到Ti掺杂BiOCl微球。Ti/BiOCl掺杂摩尔量为0.5:1～1:1。

本发明通过水热体系一步完成反应，过程简单，反应条件可控性强。可见光条件下Ti掺杂BiOCl微球对罗丹明B降解的表观反应速率常数k比纯BiOCl高1-3倍。

附图说明

图1为实施例2制备的Ti掺杂BiOCl微米球光催化材料的X射线衍射图谱；XRD从成分和相结构证明，成功制备出Ti掺杂BiOCl微米球光催化材料。

图2为实施例2制备的Ti掺杂BiOCl微米球光催化材料的扫描电子显微镜照片；乙二醇甲醚作溶剂得到表面光滑的微米球。

图3为实施例3制备的Ti掺杂BiOCl微米球光催化材料的扫描电子显微镜照片；乙醇作溶剂得到表面相对光滑、尺寸均一的微米球。

图4为实施例3制备的Ti掺杂BiOCl微米球光催化材料的能量弥散X射线谱(EDS)；由EDS可知，微米球的元素组成是Ti、Bi、O、Cl。

图5为实施例4制备的Ti掺杂BiOCl微米球光催化材料的扫描电子显微镜照片。与乙二醇甲醚、乙醇作溶剂相比，乙二醇作溶剂得到都是花状微米球。

具体实施方式