[发明专利]一种BiOCl材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种BiOCl材料的制备方法及其应用。本发明采用铋酸盐、还原剂、氯源、分散剂为原料，将高能球磨的机械力同步作用于氧化还原与氯化反应，再经过热处理、洗涤除杂、固液分离、干燥制备出BiOCl材料。所制备的BiOCl材料由平面尺寸为0.1～5μm、厚度为2～20nm的纳米片构成，比表面积为3～300m²/g。本发明具有工艺简单、易于工业化生产、制造工艺成本低、环境友好等优势；所制备的BiOCl材料在超级电容器、碱性二次电池、锂离子电池、光催化剂、珠光颜料、医药等领域具有广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种BiOCl材料的制备方法及其应用，属于新型功能材料领域。

背景技术

BiOCl是一种重要的功能材料，由于其独特的微观结构及物理化学性质，并且无毒、低成本、使其具有潜在的广泛应用，已广泛应用在电极活性材料、催化剂、颜料、化妆品、气体传感器、电子材料、医药材料等领域。

材料的结构与性能与制备工艺方法密切相关。目前制备超细功能粉体的方法根据原理可分为物理法和化学法。物理法可制得粒径易控的超细粒子，但所需设备昂贵；化学法成本低，易于通过过程控制调整粒子大小，但工艺流程复杂、并有可能带来环境污染。机械化学法是将物理法与化学法相结合，其基本原理是反应物质通过研磨过程提供的能量，提高反应物的化学活性，使得通常需要在高温下进行的反应能在较低温度下快速进行。机械化学合成方法是一种价格低廉、环境友好、高效率和可控性高的合成方法，这一制备方法使得材料的结构与性能具有更多的设计可能性、且易于工业化生产。

毛晓明等[石油化工42(2013)1165–1169]以铋酸钠、碘化钾和盐酸为原料，无水乙醇为分散剂，采用液相氧化还原法合成了具有可见光高催化活性的BiOCl材料。Ji等和Yu等[Chemical Physics 478(2016)14–22、Catalysis Communications11(2010)460–464]以NaBiO₃和HX(X＝Cl，Br，I)为原料，采用液相氧化还原反应制备了BiOX材料并进行了光催化性能的研究。Wang等[Applied Catalysis B Environmental 176-177(2015)201–211]以NaBiO₃和HONH₂·HCl为原料，采用氧化–水解路线合成了{001}晶面暴露的BiOCl纳米材料并研究了其光催化性能。杨帆等[一种Bi(Ⅴ)-O-Bi(Ⅲ)复合物的直接氧化及可见光催化性能研究[D]华中科技大学，2014]以NaBiO₃为铋源，采用盐酸刻蚀法制备了Bi(Ⅴ)-O-Bi(Ⅲ)复合物；其研究发现随着盐酸用量的增加，NaBiO₃先水解生成Bi₂O₃，再转化为BiOCl，且Bi(Ⅴ)与Bi(Ⅲ)的比例可以通过HCl的用量进行调控。

发明专利[申请公布号CN103878000A]公开了“一种卤氧化铋光催化剂及其制备方法”，该发明采用铋酸钠为铋源、无机或有机卤源，通过水热法制备出卤氧化铋光催化剂。发明专利[申请公布号CN102010003A]公开了“室温固相反应制备氯氧化铋的方法”，以Bi³⁺离子的铋盐(包括硝酸铋、碳酸铋、草酸铋或乙酸铋)和氯化钠为原料，按Bi:Cl摩尔比为1:(1～2)，在室温下混合研磨或球磨0.5～2小时，水洗去除可溶副产物，干燥制备出BiOCl。发明专利[申请公开号CN101455973A]公开了“一种可用于去除水体中酚类内分泌干扰物的光催化剂的制备方法”，该发明以NaBiO₃为氧化剂，卤化氢水溶液为还原剂，通过简单的浸渍、固–液分离以及干燥等步骤制备出具有片状微观结构的BiOX光催化剂。

目前已有不少关于BiOCl材料制备的研究，主要有水热法，溶剂热法，溶胶—凝胶法等。然而这些方法合成过程复杂，成本高。

发明内容