[发明专利]一种金属元素掺杂BiOCl纳米片材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种金属元素掺杂BiOCl纳米片材料的制备方法及其应用。本发明采用铋酸盐、掺杂源、还原剂、氯源、助剂为原料，将高能球磨的机械力同步作用于氧化还原、掺杂及氯化反应，再经过热处理、洗涤除杂、固液分离、干燥得到金属元素掺杂BiOCl纳米片材料。所得材料中掺杂金属元素与铋元素的摩尔比为(0.01～0.3):1，材料由平面尺寸为20～500nm、厚度为1～20nm的纳米片构成，比表面积为3～300m²/g。本发明工艺简单、易实现工业化生产、制造工艺成本低、对环境友好；所制备的金属元素掺杂BiOCl纳米片材料在超级电容器、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

本发明涉及一种金属元素掺杂BiOCl纳米片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

氯氧化铋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、成本低，在电极活性材料、催化剂、颜料、化妆品、气体传感器、电子材料、医药材料等领域具有广泛的应用。为了进一步提高BiOCl材料的性能，金属元素掺杂是一种重要的手段。

材料的结构与性能与制备工艺方法密切相关。目前合成超细功能粉体的方法根据合成原理可分为物理法和化学法。这些方法在粉体的合成方面得到了广泛应用，但也存在各自的不足。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。

B.Sarwan等[Applied Surface Science 258(2011)247-253]以氧化铋、盐酸、氯化锰为原料，通过水解法制备了锰掺杂BiOCl材料并研究了它的光催化性能。Yang等[Phys.Chem.Chem.Phys.16(2014)21349-21355]以硝酸铋、氯化钨、氯化钾、尿素为原料，乙二醇为溶剂，通过溶剂热法制备了钨掺杂氯化氧铋材料并研究了它的光催化性能。Zhang等[Applied Catalysis B:Environmental 221(2018)320-328]以硝酸铋，氯化钠，氯化钴为原料，以乙二醇、Triton X-100为助剂，通过水热法制备了钴掺杂BiOCl材料，并研究了在可见光下降解双酚A的光催化性能。Dou等[Separation and Purification Technology 162(2016)114-119]以硝酸铋、硝酸铁、氯化铵、尿素为原料，通过燃烧法制备了铁掺杂BiOCl材料，并研究了降解罗丹明染料的光催化活性。

发明专利[申请公布号CN103421511A]公开了“一种稀土离子掺杂的卤氧化铋发光材料及其制备方法”，该发明将硝酸铋，稀土硝酸盐，卤化钾按一定的摩尔比混合溶于溶剂中、加入表面活性剂搅拌均匀，再调节溶液pH转入反应釜中进行水热反应制备出稀土离子掺杂的卤氧化铋发光材料。发明专利[申请公布号CN105478149A]公开了“一种锡掺杂的氯氧化铋可见光催化剂的制备”，该发明将一定浓度的硝酸铋溶液在搅拌条件下滴加到一定浓度的氯化锡溶液中，再向其混合溶液中滴加氢氧化钠溶液调节pH反应2h，在经过洗涤、干燥制备出锡掺杂的BiOCl材料。发明专利[申请公布号CN105032452A]公布了“一种高可见光活性的K掺杂BiOCl光催化剂的制备方法”，该发明将一定量的硝酸钾、氯化铵和柠檬酸加入到硝酸铋溶液中，在250～400℃下加热蒸发溶剂制备出K掺杂BiOCl材料。

目前已有不少关于金属元素掺杂BiOCl材料制备的研究，主要有水热法，溶剂热法，溶胶—凝胶法等。然而这些方法普遍存在合成过程复杂，成本高等问题。

发明内容