[发明专利]纳米片状Bi2Ga4O9的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种纳米片状Bi₂Ga₄O₉光催化剂的制备方法。

背景技术

水中微量难降解有机污染物具有毒性大、生物降解性能差和处理难度大等特点，采用传统的废水处理方法很难使其彻底降解。如吸附法、电化学和膜过滤技术无法彻底去除污染物，会导致二次污染；生物处理法则因有机污染物对微生物的毒性限制了微生物的生长从而不能达到理想的降解效果。因此，研究高效的方法，用以处理难降解有机废水已成为现阶段环境保护技术领域亟待解决的一个难题。光催化技术可以将低密度的太阳光能转化为高密度的化学能，可以直接利用太阳光降解水体中的各类有机污染物，这为我们提供了一种治理环境污染的理想途径。光催化技术的核心是光催化材料，目前光催化材料的形貌调控已成为材料领域的研究热点之一，大量的研究也表明具备纳米片、纳米带或立方状的光催化材料如TiO₂、BiOCl、BiOBr、BiVO₄和Ag₃PO₄等对降解水体中有机污染物具有非常优异的光催化活性。由于部分铋系光催化材料具备可见光光催化性能，因而备受关注。

近年来学者们发现陶瓷半导体材料Bi₂M₄O₉（M=Al³⁺、Fe³⁺、Ga³⁺）不仅具有良好的热稳定性、电化学和铁电性能，而且还具有良好的光催化性能。这类Bi₂M₄O₉陶瓷半导体材料的制备过程大多为高温固相法，不仅需要消耗大量的热能，而且制备的Bi₂M₄O₉半导体纯度不高，微观颗粒尺寸较大，影响了其性能。第一性原理理论计算表明Bi₂Ga₄O₉半导体的导带主要由Bi6p、Ga4s和O2p轨道组成，价带主要由O2s和Ga3d轨道组成。Bi₂Ga₄O₉结构中扭曲的八面体GaO₆和四面体GaO₄会影响其光催化性能（Inorganic chemistry, 2016, 55(10):4824-4835）。Bi₂Ga₄O₉作为一种典型的陶瓷半导体材料，其光催化性能还鲜有报道。因此，通过形貌调控方式来研究Bi₂Ga₄O₉半导体的光催化性能具有重要的理论。这不仅丰富了形貌调控理论内容，而且对于开发陶瓷半导体光催化具有重要的参考价值。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种纳米片状Bi₂Ga₄O₉的制备方法及应用，制备工艺简单、安全、能耗低，所制备的Bi₂Ga₄O₉光催化剂纯度高、呈片状且光催化剂性能良好。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

纳米片状Bi₂Ga₄O₉的制备方法，它包括以下步骤：

（1）按氧化镓和碳酸钠的摩尔比1:1称取氧化镓和碳酸钠，将其研磨混合均匀，850~900℃焙烧12~15h，自然冷却后获得NaGaO₂前驱体；