CN102847546B - 一种SnO2/BiOCl异质结光催化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SnO₂/BiOCl异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：室温条件下，将5mmol Bi(NO₃)₃.5H₂O溶解于10mL乙二醇中，边搅拌边加入一定量的SnCl₂.2H₂O，待溶液澄清后，在原溶液中倒入30mL乙醇，继续搅拌30min；将前驱液移入50mL反应釜中，在烘箱中进行醇热反应，然后经由乙醇洗涤，80℃烘干；在马弗炉中进行热处理得到所制备样品。本发明的优点为：制备过程简便、反应条件可控性强。所制备样品比单一SnO₂和BiOCl半导体具有更高的光催化活性，能有效处理高浓度染料废水罗丹明B溶液，它在环境治理尤其是高浓度染料废水水污染处理方面有着潜在的应用价值。

Description

一种SnO2/BiOCl异质结光催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种异质结光催化剂的制备方法，具体为一种SnO₂/BiOCl异质结光催化剂的制备方法。 

背景技术

BiOCl作为一个在电、气、磁、光、荧光和催化性能均良好的材料，展现出了其广阔的应用空间。近年来，人们发现BiOCl在净化纺织染料和污染废水方面可以作为一个潜在的优良的光催化材料。在2007年，Huang和他的同伴第一个报导其在降解染料MO时，BiOCl比P25表现出更好的性能。为了进一步的提高BiOCl的催化活性，并探讨其可能的应用，可以采用如下的方法进行调节：如形貌控制，贵金属沉积，离子参杂，表面敏化，异质结复合材料等。 

作为目前研究最广的提高催化活性手段之一，复合半导体材料形成异质结得到越来越多的关注。半导体的复合可以明显加快光生载流子的分离率，且有效阻碍其重组，因此复合半导体材料的活性远高于单个的半导体材料。迄今为止，诸如TiO₂/BiOI、AgI/BiOI、BiOCl/Bi₂O₃、NaBiO₃/BiOCl等铋卤化物都已经被研究。但是，由于两个半导体之间不同的能带和复杂的结构，如何选择匹配的半导体进 行复合以发挥最大优势成为制备复合材料的关键问题之一。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具有可见光吸收的SnO₂/BiOCl异质结光催化剂的制备方法，以解决现有技术的上述问题。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。 

一种SnO₂/BiOCl异质结光催化剂的制备方法，其步骤如下： 

（1）室温条件下，将5mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于10mL乙二醇中，边搅拌边加入一定量的SnCl₂·2H₂O，待溶液澄清后，在原溶液中倒入30mL乙醇，继续搅拌30min； 

（2）将步骤（1）的混合液（前驱液）移入50mL反应釜中，在烘箱中进行醇热反应，然后经由乙醇洗涤，80℃烘干； 

（3）在马弗炉中进行热处理即得到所制备样品。 

步骤（1）中SnCl₂·2H₂O的量为1.25～10mmol。 

步骤（2）醇热反应的温度为140～180℃，反应时间为12～42h。 

步骤（3）中热处理的方式为在空气中500℃焙烧4h。 

SnO₂禁带宽度为3.5-3.6eV，与BiOCl（3.4-3.5eV）的相匹配，因此本发明中选用一步醇热法原位合成SnO₂/BiOCl异质结光催化剂。实验结果表明SnO₂/BiOCl异质结催化剂在可见光（>420nm）照射下，表现出了良好的光催化活性，大大高于单一的半导体光催化剂。 

本发明采用一步醇热法原位合成SnO₂/BiOCl异质结光催化剂， 此法的优点是制备过程简便、反应条件可控性强。结果表明此法制备的SnO₂/BiOCl异质结光催化剂中SnO₂纳米粒子与BiOCl纳米粒子紧紧的粘合在一起，在两类不同的晶体接触面形成了牢固的结（异质结），使界面电子传递更为流畅有效，比单一SnO₂和BiOCl半导体具有更高的光催化活性，能有效处理高浓度染料废水罗丹明B溶液（100mg/L），它在环境治理尤其是高浓度染料废水水污染处理方面有着潜在的应用价值。 

附图说明

图1为实施例1制得样品的XRD图； 

图2为实施例1制得样品的FESEM图； 

图3为实施例1制得样品的HRTEM图； 

图4为SnO₂，BiOCl和实施例1制得的SnO₂/BiOCl样品的紫外-可见漫反射光谱图； 

图5为实施例1制得的SnO₂/BiOCl样品的低温氮气吸附-脱附曲线图； 

图6为实施例1制得的SnO₂/BiOCl样品的孔径分布图； 

图7为SnO₂，BiOCl和实施例1制得的SnO₂/BiOCl样品在可见光(λ>420nm)下光催化降解罗丹明B（100mg.L^-1）活性图。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整的说明： 

实施例1 

室温条件下，将5mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于10mL乙二醇中，边搅拌边加入5mmol SnCl₂·2H₂O，待溶液澄清后，在原溶液中倒入30mL乙醇，继续搅拌30min后移入50mL反应釜中，于160℃条件下醇热24h，然后经由乙醇洗涤，80℃烘干，500℃焙烧4h后得到所制备样品。 

图1为实施例1制得样品的XRD图，产物结晶良好，与标准卡片对比可知，图中的峰分别对应于SnO₂和BiOCl的特征衍射峰，不存在其他杂相。BiOCl是一个四方相结构，晶格常数  而SnO₂为四方相金红石型结构。从图2的FESEM图中可以看出，样品为微球形态，由破碎部分可知球状物质的外表和内在都是多孔结构。 

样品的微观结构进一步的用高分辨电镜进行观察，从图3中可以看出，SnO₂和BiOCl均表现出了清晰的晶格条纹，显示其结晶性质。SnO₂纳米颗粒的晶格间距是0.25nm，与四方相的SnO₂(101)面的晶格间距保持一致；而0.35nm相当于四方相BiOCl(101)面的晶格间距。SnO₂纳米粒子与BiOCl纳米粒子紧紧的粘合在一起，清晰的显示在两类不同的晶体接触面形成了牢固的结（异质结）。 

由图4可知在紫外光区域三者均表现出很强的吸收，而在可见光区域，相对于纯SnO₂和BiOCl，SnO₂/BiOCl复合物表现出极强的吸收，说明成功地将光响应范围从紫外光拓展到可见光，对太阳光的利用率大大提高。 

图5和6分别为实施例1制得的SnO₂/BiOCl样品的氮气吸附-脱附等温线和孔径分布图，图中可以看出其脱附-吸附可逆性极好，样品的比表面积为71.6m²/g，孔径约为9.9nm。 

图7为SnO₂，BiOCl和实施例1制得的SnO₂/BiOCl样品在可见光(λ>420nm)下光催化降解罗丹明B（100mg.L^-1）活性图，通过对比的得知，SnO₂/BiOCl样品的催化活性大大高于单一的SnO₂和BiOCl，光照4h便可完全降解100mg.L^-1的罗丹明B水溶液，显示出极好的光催化性能。 

实施例2 

重复实施例1的操作步骤，不同之处在于SnCl₂·2H₂O的加入量为2.5mmol，结果和实施例1类似，但是样品中SnO₂比实施例1样品的含量低，BiOCl的含量则高。 

实施例3 

重复实施例1的操作步骤，不同之处在于SnCl₂·2H₂O的加入量为7.5mmol，结果和实施例1类似，但是样品中SnO₂比实施例1样品的含量高，BiOCl的含量则低。 

实施例4 

重复实施例1的操作步骤，不同之处在于醇热反应温度设置为150℃，结果和实施例1类似。 

实施例5 

重复实施例1的操作步骤，不同之处在于醇热反应温度设置为180℃，结果和实施例1类似。 

实施例6 

重复实施例1的操作步骤，不同之处在于步骤（2）中在醇热反应时间为18h，结果和实施例1类似。 

实施例6 

重复实施例1的操作步骤，不同之处在于步骤（2）中在醇热反应时间为36h，结果和实施例1类似。 

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种SnO₂/BiOCl异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：

其步骤如下：

(1)室温条件下，将5mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于10mL乙二醇中，边搅拌边加入一定量的S_nCl₂·2H₂O，待溶液澄清后，在原溶液中倒入30mL乙醇，继续搅拌30min；

(2)将步骤(1)的混合液移入50mL反应釜中，在烘箱中进行醇热反应，然后经由乙醇洗涤，80℃烘干；

(3)在马弗炉中进行热处理即得到所制备样品；

步骤(1)中SnCl₂·2H₂O的量为1.25～10mmol；

步骤(2)醇热反应的温度为140～180℃，反应时间为12～42h。

2.根据权利要求1所述的一种SnO₂/BiOCl异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中热处理的方式为在空气中500℃焙烧4h。