CN103182315B - BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法，属于光催化技术领域。其中，BiOBr0.2I0.8是由大量纳米片组成的微球，直径约为1.0μm，均匀地分布在石墨烯薄片上，石墨烯的质量百分数为5.0 %-15.0 %。首先将氧化石墨超声分散在无水乙醇中，得到氧化石墨烯的悬浮液；再在搅拌下将氧化石墨烯的悬浮液加入到由一定量的溴化钠、碘化钾和硝酸铋组成的乙二醇溶液中；将上述悬浮液转移到聚四氟乙烯衬垫的高压反应釜中，160-180 ℃下晶化反应12-16 h；得到的固体产物经过滤，洗涤，干燥，最终制得BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合光催化剂。本发明的制备方法，环境友好，工艺简单。制备的复合催化剂具有很高的可见光催化活性，在利用太阳能光催化分解有机污染物中有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法，属于光催化技术领域。
背景技术
近年来，能源短缺和环境污染日益成为威胁人类生存与健康的重大问题。光催化技术是一种以半导体为催化剂利用太阳能降解有机环境污染物的绿色环境治理新技术。它直接利用太阳能、不需人工能源，能彻底矿化各种难以生物降解的有机污染物，无二次污染，具有良好的应用前景。目前商业的光催化剂主要是TiO2，但TiO2光催化剂禁带较宽 (Eg = 3.2 eV)，仅能被太阳光中的紫外光激发 (占太阳能的3.8 %)，不能利用太阳光中的可见光(占太阳能的45%)，使得其太阳能利用率低，严重阻碍了光催化技术的大规模商业化推广。开发高性能可见光响应的光催化剂已成为当前最热门的研究方向之一，也是光催化技术进一步走向产业化的必然趋势和发展方向。
卤氧化铋BiOX (X = Cl，Br，I)是近几年被发现的一类新型光催化材料，其特有的开放式片层结构、内部电场和间接跃迁模式有利于空穴-电子对的有效分离和电荷转移，使得BiOX具有比TiO2更高的光催化活性。进一步研究发现，不同卤氧化铋之间还能形成固溶体，如： BiOCl1-xBrx (Y.Y. Liu,W.J. Son, J.B. Lu, B.B. Huang, Y. Dai, M.H. Whangbo. Chem. Eur. J., 2011, 17, 9342-9349) 和BiOBrxI1-x (Z.F. Jia, F.M. Wang, F. Xin, B.Q. Zhang. Ind. Eng. Chem. Res., 2011, 50, 6688-6694)，并且卤氧化铋固溶体在一些有机污染物的光催化降解中活性要高于单一的卤氧化铋，因此，卤氧化铋固溶体是一类潜在的新型可见光催化材料。但从现有研究结果来看，BiOCl1-xBrx和BiOBrxI1-x固溶体的光催化性能还远未达到理想的程度，它们的光催化效率仍需进一步提高。
石墨烯是一种新的碳的同素异形体，它是由sp2杂化的单层碳原子组成的蜂窝状二维晶体，具有优异的力学、热学、光学和电学性能以及超大的比表面积。将石墨烯与半导体光催化剂复合能有效降低光催化剂的电子-空穴复合率，同时能增加光催化剂对污染物的吸附能力。因此，将石墨烯与卤氧化铋固溶体进行复合对进一步提高固溶体的光催化性能具有积极意义。但到目前为止，还未见有卤氧化铋固溶体/石墨烯复合可见光催化剂的报道。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法。
本发明一种BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂，其特征在于，由BiOBr0.2I0.8和石墨烯组成，其中，BiOBr0.2I0.8固溶体是由大量纳米片组成的微球，微球直径约为1.0μm，均匀地分布在石墨烯薄片上，石墨烯的质量百分数为5.0 %-15.0 %。
本发明一种制备BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合光催化剂的方法，其特征在于，具有以下的制备过程和步骤：
(a) 将0.025-0.075 g氧化石墨分散至适量的乙醇中，充分超声1-2 h，得到氧化石墨烯的悬浮液；
(b) 室温下，将0.0617 g溴化钠(NaBr)和0.8224 g碘化钾(KI)溶解于4 ml的无水乙二醇中；
(c) 将1.4552 g 硝酸铋(Bi(NO3)3.5H2O)溶解于35 ml乙二醇中；
(d) 将步骤 (b)所得溶液缓慢滴加到步骤 (c)所得溶液中，继续搅拌1h；
(e) 将步骤 (a)所得悬浮液缓慢滴加到步骤 (d)所得溶液中；
(f) 将步骤 (e)所得溶液搅拌1-2 h后，转移到聚四氟乙烯衬垫的高压反应釜中，在160-180 ℃下晶化反应12-16 h；
(g) 得到的固体产物经过滤，洗涤，干燥后得BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
1、 在一步法溶剂热合成过程中，氧化石墨烯的还原和BiOBr0.2I0.8晶体的形成同时完成，制备工艺简单；
2、 不需要使用其它化学还原剂，制备过程经济环保；
3、 制备的复合材料中，BiOBr0.2I0.8固溶体具有三维球形纳米结构，颗粒大小均匀，并能很好地分散在石墨烯片上；
4、 制备的BiOBr0.2I0.8/石墨烯催化剂有很高的可见光催化活性，在利用太阳能光催化分解有机污染物处理技术中具有潜在的应用价值。
附图说明
图1为实施例1、2、3的X射线衍射(XRD)图。
图2为BiOBr0.2I0.8的扫描电镜(SEM)图。
图3为实施例1透射电镜(TEM)图。
图4为实施例1、2、3的紫外-可见吸收光谱。
图5为实施例1、2、3制备的光催化剂的光催化性能曲线。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例详细叙述于后。
实施例1
(a) 将0.050 g氧化石墨分散在7 ml的无水乙醇溶液中，超声2 h，得到氧化石墨烯的悬浮液；
(b) 室温下，将0.0617 g溴化钠和0.8224 g碘化钾溶解于4 ml的无水乙二醇中；
(c) 将1.4552 g 硝酸铋溶解于35 ml乙二醇中；
(d) 将步骤 (b)所得溶液缓慢滴加到步骤 (c)所得溶液中，继续搅拌1h；
(e) 将步骤 (a)所得悬浮液缓慢滴加到步骤 (d)所得溶液中；
(f) 将步骤 (e)所得溶液搅拌1 h后，转移到聚四氟乙烯衬垫的高压反应釜中，在160 ℃下晶化反应12 h；
(g) 得到的固体产物经过滤，洗涤，100℃下干燥24 h后得石墨烯的质量百分数为10.0 %的BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂。
XRD分析结果 (图1)表明，BiOBr0.2I0.8的衍射峰的位置介于四方BiOBr (JCPDS file no. 78-0348)和四方BiOI (JCPDS file no. 73-2062)之间，说明形成了良好结晶度的四方形固溶体。在2q =10.7o处的氧化石墨的特征衍射峰消失，说明溶剂热反应在生成BiOBr0.2I0.8的同时，有效地将氧化石墨还原成石墨烯。图2的SEM结果显示，制备的BiOBr0.2I0.8呈三维球状形貌，每个微球是由大量纳米片构成的，微球直径约为1.0μm。TEM结果(图3)显示，大小均一的BiOBr0.2I0.8微球均匀地分散在超薄的石墨烯片上，且两者接触紧密。样品的紫外-可见吸收光谱(图4)结果表明，BiOBr0.2I0.8与石墨烯复合后，明显增加了对可见光的吸收。制备的复合光催化剂在150 min内对甲基橙的可见光降解率达99.0 %，高于纯的BiOBr0.2I0.8 (图5)。
实施例2
操作过程除以下不同外，其余同实施例1。
将0.025 g氧化石墨分散在5 ml乙醇中，超声2 h。最终制得石墨烯含量为5.0 wt.%的BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂。
样品的XRD结果参见图1，样品的TEM结果与实施例1类似，紫外-可见吸收光谱参见图4，光催化性能参见图5。
实施例3
操作过程除以下不同外，其余同实施例1。
将0.075g氧化石墨分散在9 ml乙醇中，超声2 h。最终制得石墨烯含量为15.0 wt.%的BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂。
样品的XRD结果参见图1，样品的TEM结果与实施例1类似，紫外-可见吸收光谱参见图4，光催化性能参见图5。
Claims (1)
1.一种BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂的制备方法，该催化剂的通式为BiOBr x I1-x ，x=0.2；在与石墨烯组成的复合物中，BiOBr0.2I0.8的质量百分数为85.0-95.0%，石墨烯的质量百分数为5.0-15.0 %；其特征在于该方法具有以下的制备过程和步骤：
(a) 将0.025-0.075 g氧化石墨分散至适量的乙醇中，充分超声1-2 h，得到氧化石墨烯的悬浮液；
(b) 室温下，将0.0617 g溴化钠(NaBr)和0.8224 g碘化钾(KI)溶解于4 ml的无水乙二醇中；
(c) 将1.4552 g 硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)溶解于35 ml乙二醇中；
(d) 将步骤 (b)所得溶液缓慢滴加到步骤 (c)所得溶液中，继续搅拌1h；
(e) 将步骤 (a)所得悬浮液缓慢滴加到步骤 (d)所得溶液中；
(f) 将步骤 (e)所得溶液搅拌1-2 h后，转移到聚四氟乙烯衬垫的高压反应釜中，在160-180 ℃下晶化反应12-16 h；
（g）得到的固体产物经过滤，洗涤，干燥后得BiOBr0.2I0.8/石墨烯复合可见光催化剂。
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