[发明专利]一种具有叠层片微结构的可见光光催化剂Bi12O17Cl2及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于光催化剂制备技术领域，涉及一种具有叠层片微结构的可见光光催化剂Bi₁₂O₁₇Cl₂及其制备方法，所制备的Bi₁₂O₁₇Cl₂光催化剂具有由一级纳米片和二级纳米薄片层层叠加而成的叠层片结构，该结构的Bi₁₂O₁₇Cl₂纳米材料具有优异的可见光光催化活性。

背景技术：

光催化是一种经济、高效、节能和绿色的新型氧化技术，在环境污染治理方面具有非常优异的作用。目前，所报道的光催化材料主要有氧化物、硫化物、氮化物等，传统的光催化剂TiO₂、ZnO虽然具有较高活性，但由于禁带较宽而不具备可见光响应能力，只能吸收紫外光部分，大大限制了它们的实际应用。为提高光催化剂的利用价值、高效利用太阳光，一方面，研究人员致力于对TiO₂等传统光催化剂进行改性研究；另一方面，开发出新型高效的可见光响应光催化剂，这也是目前光催化研究领域最为核心的问题。

当前，被认为具有巨大潜力的新型光催化剂系列是BiOCl，但BiOCl光催化剂与TiO₂相似，也具有较大的禁带宽度(3.46eV)，不能吸收可见光。近几年，研究人员发现不同计量比的氯氧化铋会引起材料光吸收性能、光电响应性质的较大变化，进而对材料的光催化性能带来明显影响；后续实验证明，开发新型化学计量比氯氧化铋是发展可见光响应氯氧化铋光催化剂的有效途径，其发展大致经历了以下四个阶段：第一，黄富强课题组在2006年通过固态反应制备出了一种新型计量比的氯氧化铋——Bi₃0₄C1，与传统BiOCl光催化剂相比，它的能带隙减小到了2.79eV，大大扩展了其对可见光的响应，实验结果表明它可以在可见光的照射下光催化降解甲基橙，降解率为80％/24h；第二，中国专利201110444323.6于2011年公开了一种可见光光催化剂Bi₁₂O₁₇Cl₂及其制备方法，其应用五水硝酸铋和氯化钾为原料，采用水热法制备了Bi₁₂O₁₇Cl₂光催化剂，该催化剂对污染物五氯苯酚(PCP)有较好的降解作用，但是该发明中涉及到的Bi₁₂O₁₇Cl₂光催化剂形貌为不规则片状结构，而且片的尺寸较大，多为几百纳米，其对光的吸收波长为515nm；第三，Nan课题组在2012年采用水热法，以氧化铋、氯化钾和硝酸为原料，通过改变实验条件，合成了一系列不同计量比的氯氧化铋，包括Bi₁₂O₁₇Cl₂、Bi₃O₄C1、Bi₂₄O₃₁Cl₁₀、Bi₁₂O₁₅Cl₆和BiOCl，测得这些氯氧化铋的吸收波长分别为524、475、463、413和368nm，经测试证明，随着氯元素含量的降低，吸收波长可增大至可见光吸收领域，以Bi₁₂O₁₇Cl₂吸收波长最大，特别是可见光降解双酚A实验说明这些新计量比的氯氧化铋在可见光照射下的光催化活性远优于BiOCl，尤其以Bi₁₂O₁₇Cl₂光降解活性最强，2小时内降解双酚A近40％；第四，Zhang课题组在2013年应用五水硝酸铋、氯化钾为原料，通过水热法制备了长度为400-1000nm、宽度为50-100nm的Bi₁₂O₁₇Cl₂纳米带，实验证明所制备的Bi₁₂O₁₇Cl₂光催化剂的吸收波长为530nm，其能够有效光催化氧化苯甲醇至苯甲醛。