[发明专利]一种卤氧化铋/氧化铋可见光光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卤氧化铋/氧化铋可见光光催化剂的制备方法，属于可见光光催化剂制备领域。

背景技术

随着社会和经济飞速进步发展以及人口的剧烈膨胀，人类社会对能源的需求大幅度增长，而全球性环境问题也日益显著。各种有毒/有害污染物在空气、土壤和水等环境中不断积蓄、迁移和转化，严重破坏了生态平衡，也危害着人类的生命与健康。因此对环境污染的有效控制与治理是关系到人类社会是否能继续生存发展的关键问题之一。为了同时解决能源危机和环境污染这两大世纪难题，我们必须寻找一种无污染和经济的替代能源。科学家们用不同的半导体材料对太阳能的利用进行了大量的研究；其中，利用太阳能进行的光催化反应在环境治理和能源开发方面受到了普遍关注，光催化材料的研究开发正成为目前国内外研究的热点。人们对Bi₂O₃催化剂进行了一些探索，但是效果不是很理想，因为实验中单独采用Bi₂O₃做光催化剂时存在两大缺陷：一是光生电子与光生空穴容易复合，量子效率低；二是Bi₂O₃在反应过程中不稳定，先由α相变为β相，进而转变为(Bi₂O₂）CO₃。Bi₂O₃的禁带宽度分布范围较广(2-3.96eV），对于标准氢电极它的导带和价带边分别为0.33 eV和3.13 eV ，禁带宽度为2.8 eV。因此单独利用氧化铋的研究相对较少。BiOX（X=Cl、Br、I）光催化剂因其具有独特的电子结构和能带结构，在光催化降解有机污染物方面表现出优于其它类型半导体的催化降解性能。但单独的BiOX（X=Cl、Br、I）在降解有机污染物时活性较低，同时不同的BiOX（X=Cl、Br、I）在降解相同有机污染物时活性也不同。BiOCl禁带宽度为3.6eV，作为光催化剂主要用于氧化裂解烃类，还可以用作光致发光材料和化妆品的颜料。BiOBr是一种间接半导体材料。它的带系能为2.69eV，且不受合成条件的影响而变化。但BiOBr材料的形貌和结晶度却取决于合成的温度及时间。BiOI的禁带宽度为1.80 eV，BiOI的禁带宽度较窄，容易被可见光激发，相比BiOCl和BiOBr光催化活性较高。

目前已有的制备B₂O₃和BiOX(X=Cl，Br，I）/ B₂O₃方法包括：超声化学法，化学沉淀法，甘油辅助水热法，原位水热法和辅助热处理，凝胶结晶转换技术，水热法，盐酸浸渍法，机械研磨法等。

以上报道的方法中，Lisha Zhang的超声化学法：加入了一定量的(PVP）聚乙烯吡咯烷酮，且用氢氧化钠调节pH为11，室温搅拌一段时间后超声75min。邹文的化学沉淀法：加入一定量CTAB和草酸且进行了超声分散。Yi Wang的甘油辅助水热法：加入一定量丙三醇，搅拌10min后快速加入氢氧化钠，搅拌10min后转移至50ml 聚四氟乙烯反应釜中106℃恒温反应6h后冷却至室温，过滤洗涤，60℃下干燥12h。Jungang Hou应用的方法加入一定量苄醇，搅拌后转移至50ml 聚四氟乙烯反应釜中90-240℃恒温反应24h冷却至室温，过滤洗涤，真空干燥，300℃下煅烧5h。S. Iyyapushpam在硝酸铋溶液中加入一定量双蒸馏水和NH₄OH，过滤洗涤，采用回流法凝胶结晶转化在80 ℃回流 4小时，制备的Bi(OH）₃在600℃下煅烧3h。朱琳将硝酸铋和柠檬酸钠溶解在50mL的去离子水中搅拌3h，氨水溶液加到上述溶液中， 继续搅拌2h。然后分别取25 mL溶液放入到容量为30mL的聚四氟釜芯中，将釜芯放入不锈钢反应釜中密闭封好。放入干燥箱 180℃恒温24 h。反应釜冷却至室 温时，进行过滤，去离子水多次清洗，空气中60℃干燥 5h ，400℃退火2h 得到样品。Seung Yong Chai的盐酸浸渍法在向制备好的氧化铋中加入盐酸的同时加入乙醇溶剂导致盐酸在一定程度上被稀释，盐酸不能直接接触氧化铋得到的BiOCl/Bi₂O₃效率不高且方法较为繁琐，黄华胜的机械研磨法单纯的采用机械研磨的方法将BiOCl和Bi₂O₃混合进行研磨，单纯的机械研磨会导致BiOCl和Bi₂O₃混合不均匀，比例难以有效控制。