[发明专利]一种介孔BiOCl/Bi2O3复合粉体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种介孔BiOCl/Bi₂O₃复合粉体及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化的不断深入，日益增长的环境问题逐渐威胁到了人类社会的可持续发展。半导体光催化是解决这些环境问题的一种非常好的选择，因为它意味着可以采用一种绿色的方式直接利用太阳光降解污染物。考虑到在光催化过程中光生载流子发挥了主要的作用，一个活性高的光催化剂应该拥有比较宽的光谱吸收范围和非常高的量子产率。将两种能带匹配的窄带隙半导体复合，光生载流子在两种复合的半导体之间的转移将会提高量子产率。

BiOCl和Bi₂O₃是目前两种研究非常热门的窄带隙半导体光催化剂。Bi₂O₃因带隙能可调性、高性能氧离子电导以及具有多种晶型等特性被广泛应用于光学薄膜、光伏电池、燃料电池、化学传感器以及催化等领域。Bi₂O₃作为一种重要的功能材料，因具有禁带宽度较窄(2.8eV左右)、氧空位多、光导特性良好等优点，使其对太阳光有较高的利用率、氧化能力强，是一种具有可见光响应的半导体光催化材料。BiOCl是一种新型的光催化剂，它是卤氧化铋家族中组成最简单的一员，晶体是由[Bi₂O₂]和[Cl]结构单元组成，具有层状结构。这种层状结构有助于在光催化过程中光生载流子的转移，提高光催化剂的量子效率。正是由于BiOCl层状结构和合适的禁带宽度的，较好的光催化活性，使其成为一种非常有潜力的光催化材料。

迄今为止，利用盐酸浸泡法结合超声法实现BiOCl和立方相Bi₂O₃复合的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过制备介孔BiOCl/Bi₂O₃复合粉体的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种介孔BiOCl/Bi₂O₃复合粉体及其制备方法和应用，该方法反应时间短，工艺流程简单，制得的BiOCl/Bi₂O₃复合粉体呈介孔球状，具有较高的吸附特性，能够有效地改善纯相Bi₂O₃粉体的光催化效果，具有良好的研究价值和应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种介孔BiOCl/Bi₂O₃复合粉体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，搅拌均匀，得铋盐溶液；将NH₄VO₃溶于去离子水中，搅拌均匀，得钒盐溶液；

步骤2，将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V＝1:1的摩尔配比混合，搅拌均匀，得到混合液；

步骤3，向A mL混合液中加入B mL NaOH溶液，室温下搅拌反应并放出氨气，得到前驱液，其中A:B＝20:(10～20)；

步骤4，将前驱液倒入水热反应釜中，在180～220℃下水热反应6～12h，反应完后自然冷却至室温，将反应产物洗涤、干燥，得到立方相Bi₂O₃微晶；

步骤5，将盐酸加入立方相Bi₂O₃微晶中，室温下进行超声反应，其中盐酸中的HCl与Bi₂O₃的摩尔比为(3.8～4.2):1，反应结束后将产物洗涤、干燥，得到介孔BiOCl/Bi₂O₃复合粉体。

所述步骤1中铋盐溶液和钒盐溶液的浓度均为0.1～0.15mol/L。

所述步骤3中NaOH溶液的浓度为3.5～4.5mol/L。

所述步骤3中搅拌反应的时间为25～35min。

所述步骤4进行前，先向C mL前驱液中加入去离子水，使前驱液的体积定容为D mL，其中C:D＝(30～40):45。

所述步骤4中将前驱液倒入水热反应釜中，水热反应釜的填充率为75～80％。