CN103464175A

CN103464175A - 一种可见光光催化剂BiOCl纳米片的制备方法

Info

Publication number: CN103464175A
Application number: CN2013104565872A
Authority: CN
Inventors: 张肖; 朱小荷; 张海军; 刘璐
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2013-12-25

Abstract

一种可见光光催化剂BiOCl纳米片的制备方法，以聚乙二醇10000为模板剂，采用水热法合成，步骤如下：将硝酸铋溶于去离子水溶液中，搅拌得到溶液A；将NaCl溶于去离子水中，搅拌得到溶液B；在强力搅拌下将上述溶液B逐滴加入到溶液A中，然后加入聚乙二醇10000模板剂，搅拌得到混合液；将混合液转移到聚四氟乙烯为内胆的反应釜中，180℃水热条件下恒温反应24h；将沉淀物洗涤后自然风干即可制得目标物。本发明的优点是：该制备方法采用水热法合成，工艺简单、反应条件较温和且重复性较好，制备的[001]生长取向的BiOCl光催化剂为二维纳米片，对罗丹明B和双酚A具有突出的降解效果。

Description

一种可见光光催化剂BiOCl纳米片的制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能光催化剂的制备技术，特别是一种可见光光催化剂BiOCl纳米片的制备方法。

背景技术

利用太阳能光催化裂解水制氢、有机污染物矿化、重金属离子还原、室内空气处理等技术具有高效率、零排放、无污染、可循环利用等优势,是比较理想的太阳能利用的方案。光催化材料来源丰富，不过受特殊物理化学性质的限制，不同催化剂的光催化性能不同。

决定催化剂催化性能的因素有很多，其中主要因素之一是半导体的表面/界面物理化学性质，不同晶面的晶面能和化学吸附特性，决定了界面间物质的电子迁移和能量传递，并因此控制着光催化剂表面的氧化还原反应的选择性、反应速率和过电势差。总的来说，晶面能较高的表面拥有较多的活性位点，因而表现出较强的催化能力。

光催化反应是在半导体表面进行的，因此催化剂材料的晶面对光催化效率起着关键作用，很多研究工作正是从表面取向生长角度来实现光催化材料的改性设计。大量研究表明，通过合成主要暴露晶面为高活性晶面的晶体，可以实现半导体光催化活性的显著提高。

本实验组张海军博士通过密度泛函理论（DFT）计算，对比了氯氧化铋(BiOCl)材料的{001}、{110}、{010}晶面的光催化性能，发现{001}晶面因具备极高的热力学稳定性、合适的光吸收谱和较低的电子-空穴复合效率，是BiOCl光催化材料的首选暴露晶面。

本专利通过取向控制合成，成功地制备了[001]生长取向的氯氧化铋(BiOCl)纳米片材料。张坤等人发表在Cryst. Growth Des.杂志上的文章报道了相似的片状BiOCl，该文章中报道的片状BiOCl的生长取向为[101]，测试的降解效果为30分钟内将罗丹明B降解了48%。本方法制备的BiOCl纳米片材料与其进行光催化性能比较，在30分钟内可将罗丹明B降解90﹪，显示出很好的效果。

发明内容

本发明目的在于针对上述技术分析，提供一种可见光光催化剂BiOCl纳米片的制备方法，该制备方法采用水热法合成，工艺简单、反应条件较温和且重复性较好，制备的{001} 生长取向的BiOCl光催化剂为二维纳米片，对罗丹明B和双酚A的降解具有较高的催化活性，可显著提高降解效果。

本发明的技术方案：

一种可见光光催化剂BiOCl纳米片的制备方法，以聚乙二醇10000为模板剂，采用水热法合成，步骤如下：

1）将Bi(NO₃)₃ ﹒5H₂O溶于去离子水溶液中，搅拌得到溶液A；

2）将NaCl溶于去离子水中，搅拌得到溶液B；

3）在强力搅拌下，将上述溶液B逐滴加入到溶液A中，然后加入聚乙二醇10000模板剂，搅拌30min，得到混合液；

4）将上述混合液转移到聚四氟乙烯为内胆的反应釜中，180℃水热条件下恒温反应24h；

5）反应结束后得到白色沉淀，分别用去离子水和无水乙醇洗涤2-3遍，将得到的产物自然风干，即可制得目标物BiOCl纳米片光催化剂。

所述步骤1）中溶液A的浓度为0.9-1.0g /15mL。

所述步骤2）中溶液B的浓度为0.11-0.12 g /15mL。

所述步骤3）中溶液A与溶液B的用量比按Bi元素与Cl元素计摩尔比为1:1，聚乙二醇10000模板剂与Bi(NO₃)₃ ﹒5H₂O的质量比为0.3：0.9-1.0。

本发明的优点是：该制备方法采用水热法合成，工艺简单、反应条件较温和且重复性较好，制备的{001} 生长取向的BiOCl光催化剂为二维纳米片，BiOCl纳米片的厚度较薄, 对罗丹明B降解具有较高的催化活性，在30分钟内可将罗丹明B降解90﹪；对双酚A的降解效果也比较突出, 在4小时内将双酚A降解60﹪以上；与现有技术相比，具有显著的降解技术效果。

附图说明

图1为制备的BiOCl光催化剂的XRD图谱。

图2为制备的BiOCl光催化剂的扫描电镜图谱。

图3为制备的BiOCl光催化剂在350W氙灯的模拟太阳光下对罗丹明B的降解曲线。

图4为制备的BiOCl光催化剂在500W氙灯的模拟太阳光下对双酚A的降解曲线。

具体实施方式

1）将0.97g Bi(NO₃)₃ ﹒5H₂O溶于15mL去离子水溶液中，搅拌得到溶液A；

2）将0.1169 g NaCl溶于15mL去离子水中，搅拌得到溶液B；

3）在强力搅拌下，将上述溶液B逐滴加入到溶液A中，然后加入0.3g聚乙二醇10000模板剂，搅拌30min，得到混合液；

5）反应结束后得到白色沉淀，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3遍，将得到的产物自然风干，即可制得目标物BiOCl纳米片光催化剂。

图1为制备的BiOCl光催化剂的XRD图谱，图中显示实验制得的BiOCl光催化剂材料为纯BiOCl,且{001}方向为其主峰。

图2为制备的BiOCl光催化剂的扫描电镜图谱，图中显示验制得的BiOCl光催化剂材料微观形貌为纳米片,且厚度较薄。

制得的BiOCl纳米片光催化剂对罗丹明B降解率的检测：

准确量取10ppm的罗丹明B溶液50ml，置于60ml的反应容器中，同时加入0.05g制备的BiOCl纳米片光催化剂，在磁力搅拌下，黑暗吸附30min；用350W的氙灯（模拟太阳光）照射，每隔5min取样；得到的样品离心分离取上层清液，在553nm处用分光光度计测定吸光度，判断光催化效率。

图3为制备的BiOCl光催化剂在350W氙灯的模拟太阳光下对罗丹明B的降解曲线，图中表明：在30分钟内可将罗丹明B降解90﹪。

制得的BiOCl纳米片光催化剂对双酚A降解率的检测：

准确量取10ppm的双酚A溶液50ml，置于60ml的反应容器中，同时加入0.05g制备的BiOCl纳米片光催化剂，在磁力搅拌下，黑暗吸附30min；用500W的氙灯（模拟太阳光）照射，每隔1h取样；得到的样品离心分离取上层清液，在278nm处用分光光度计测定吸光度，判断光催化效率。

图4为制备的BiOCl光催化剂在500W氙灯的模拟太阳光下对双酚A的降解曲线，图中表明：在4小时内可将双酚A降解60﹪以上。

Claims

1.一种可见光光催化剂BiOCl纳米片的制备方法，其特征在于：以聚乙二醇10000为模板剂，采用水热法合成，步骤如下：

2）将NaCl溶于去离子水中，搅拌得到溶液B；

2.所述步骤1）中溶液A的浓度为0.9-1.0g /15mL。

3.所述步骤2）中溶液B的浓度为0.11-0.12 g /15mL。

4.所述步骤3）中溶液A与溶液B的用量比按Bi元素与Cl元素计摩尔比为1:1，聚乙二醇10000模板剂与Bi(NO₃)₃ ﹒5H₂O的质量比为0.3：0.9-1.0。

5.根据权利要求1所述可见光光催化剂BiOCl纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中溶液A与溶液B的用量比按Bi元素与Cl元素计摩尔比为1:1，聚乙二醇10000模板剂与Bi(NO₃)₃ ﹒5H₂O的质量比为0.3：0.9-1.0。