CN105460974A - 一种富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片的制备方法，包括如下步骤：将五水硝酸铋乙二醇溶液与的碘化钾乙二醇溶液按1：1的体积比混合均匀；然后加入少量有机醛试剂，使得混合溶液中有机醛试剂的浓度为0.2～1g/L；转入到水热反应釜中，在150～180°C下热处理12～24小时；待水热反应釜冷却至室温，然后将水热反应釜橄榄绿色产物醇洗、水洗，干燥即得到该产品。乙二醇的黏度相当大，五水硝酸铋、碘化钾在黏度相当大的乙二醇体系中反应，晶粒生长缓慢，有助于超薄碘氧化铋纳米片的生成；有机醛除了常用的醇类溶剂的作用之外，在正常的具有一定的还原性，当碘氧化铋纳米片超薄化后，有机醛更有利于还原其表面的[Bi2O2]2+单元，造成大量的缺陷。

Description

一种富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片的制备方法
技术领域
本发明涉及化学新材料制备方法技术领域，特别是一种富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片的制备方法。
背景技术
半导体光催化技术已经广泛的应用到环境和能源两大国计民生领域，因而制备高效的太阳光驱动光半导体催化剂十分迫切。光子吸收效率和载流子分离效率是半导体光催化剂面临的二大核心问题，众多光催化剂改性方面的研究也都是围绕着这二点进行的。例如：掺杂、染料敏化、表面等离子体共振效应是为了提高光催化剂的光子吸收效率；共催化剂的使用是为了提高载流子分离效率；碳材料修饰、复合光催化剂构筑可同时提高了光催化剂的光子吸收效率和载流子分离效率。然而仔细分析这些方法，我们不难发现，这些方法大多需要是借助其他化学试剂对光催化剂进行二次修饰。试想，如果我们在合成光催化剂时候就有目的的调控合成出自身就能够大量吸收光子又有较高载流子分离效率的光催化剂，再加二次修饰的方法，那么，该光催化剂的可见光催化性能势必会有质的飞跃。
碘氧化铋(BiOI)光催化剂是近五年发展最为迅速的类无机类石墨烯新型高效光催化剂之一。其高的光催化活性从理论上分析主要源于两个方面。一方面BiOI具有明显的层状结构，层片为带正电荷为[Bi2O2]阳离子层和带负电荷的[I2]阴离子层，二者层内为强的化学键连接，而二者层间则为弱的范德华力连接。[Bi2O2]与[I2]层间的极性极强，能够有效的极化原子和原子轨道，并在BiOI内部能够形成自身内电场，有利于载流子分离效率增强。另一方面，BiOI二维晶体暴露的上下二个晶面绝大多数情况下为{001}晶面，该晶面暴露的的终止原子层为[Bi2O2]阳离子层，在{001}晶面形成大量的缺陷，有利于光子吸收效率增强。而且，目前的实验性研究成果也都表明缺陷和内电场分别是提高BiOI自身的光子吸收效率和载流子分离效率的核心。因为BiOI二维晶体越薄，{001}晶面比例也就越高，其缺陷浓度和内电场强度也都会越高，自身的光子吸收效率和载流子分离效率也就越高。那么反过来，我们要进一步提高BiOI光催化剂的自身的光子吸收效率和载流子分离效率最有效的方法就是使BiOI二维晶体的厚度降至原子级别(小于5nm)。但是，目前还没有原位制备富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种设备简单、操作简便运用溶剂热原位制备富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片的方法。
一种富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片的制备方法，包括如下步骤：
a.将0.05～0.2mol/L的五水硝酸铋乙二醇溶液与0.05～0.2mol/L的碘化钾乙二醇溶液按1：1的体积比混合均匀；
b.然后加入少量有机醛试剂，使得混合溶液中有机醛试剂的浓度为0.2～1g/L；
c.将混合溶液转入到水热反应釜中，在150～180°C下热处理12～24小时；
d.反应完成后，待水热反应釜冷却至室温，然后将水热反应釜橄榄绿色产物醇洗、水洗，干燥即得到该产品。
所述有机醛试剂是苯甲醛。
所述有机醛试剂葡萄糖。
该合成方法的优势：本发明改变当前超薄碘氧化铋纳米片生产过程中使用的溶剂，将五水硝酸铋乙二醇溶液与碘化钾乙二醇溶液乙二醇同体积混合，乙二醇的黏度相当大，五水硝酸铋、碘化钾在黏度相当大的乙二醇体系中反应，晶粒生长缓慢，有助于超薄碘氧化铋纳米片的生成；有机醛除了常用的醇类溶剂的作用之外，在正常的具有一定的还原性，当碘氧化铋纳米片超薄化后，有机醛更有利于还原其表面的[Bi2O2]2+单元，造成大量的缺陷。根据本发明获得超薄碘氧化铋纳米片样品的技术效果：本发明与普通产品的红色不同，由本发明方法获得的超薄碘氧化铋纳米片样品颜色为橄榄绿，与普通产品在肉眼观感下明显不同，很容易对用户形成印象，更为重要的是，这种橄榄绿的颜色的吸光效率远好于常见的红色，吸光效率好直接带来对光催化活性有明显增加的技术效果。除了吸光效率好、光催化活性高之外，样品的厚度能保证到3nm左右，最薄的能够接近2.8nm，完全达到了超薄的程度；而且在获得的超薄碘氧化铋纳米片中含有大量氧空位，能够吸收全光谱；由于自身的光子吸收效率和载流子分离效率非常高，所以在模拟全光谱照射下，超薄碘氧化铋纳米片光催化降解RhB染料的性能出乎意料地达到普通碘氧化铋纳米片（厚度为30nm）的9倍。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明
图1为实施例1所得样品的粉末X～射线衍射图；
图2为实施例1所得样品的电镜图片样品的全貌（50nm）；
图3为实施例1所得样品的单独一个片的厚度示意图(20nm)；
图4为实施例1所得样品的紫外可见漫反射光谱；
图5为实施例1所得样品的顺磁共振波谱图；
图6为实施例1所得样品的光催化性能（与普通BiOI对比）。
具体实施方式
实施例1
称取3.61g五水硝酸铋溶解于40mL乙二醇，称取1.66g碘化钾溶解于40mL乙二醇，将二者缓慢混合后再加入1mL苯甲醛，磁力搅拌1h。将混合溶液转入到水热反应釜中，160°C下反应18h。反应完成后，待水热反应釜冷却至室温，然后将水热反应釜中橄榄绿色产物用乙醇和去离子水各洗三次，干燥。得到的富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片具有很高的光催化活性。
实施例2
称取3.61g五水硝酸铋溶解于40mL乙二醇，称取1.66g碘化钠溶解于40mL乙二醇，将二者缓慢混合后再加入20mg葡萄糖，磁力搅拌1h。将混合溶液转入到水热反应釜中，160°C下反应18h。反应完成后，待水热反应釜冷却至室温，然后将水热反应釜中橄榄绿色产物用乙醇和去离子水各洗三次，干燥。得到的富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片具有很高的光催化活性。
实施例3
称取3.61g五水硝酸铋溶解于40mL乙二醇，称取1.66g碘化钾溶解于40mL乙二醇，将二者缓慢混合后再加入1mL苯甲醛，磁力搅拌1h。将混合溶液转入到水热反应釜中，140°C下反应24h。反应完成后，待水热反应釜冷却至室温，然后将水热反应釜中橄榄绿色产物用乙醇和去离子水各洗三次，干燥。得到的富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片具有很高的光催化活性。
实施例4
称取3.61g五水硝酸铋溶解于40mL乙二醇，称取1.66g碘化钾溶解于40mL乙二醇，将二者缓慢混合后再加入1mL苯甲醛，磁力搅拌1h。将混合溶液转入到水热反应釜中，180°C下反应12h。反应完成后，待水热反应釜冷却至室温，然后将水热反应釜中橄榄绿色产物用乙醇和去离子水各洗三次，干燥。得到的富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片具有很高的光催化活性。
实施例5
称取1.81g五水硝酸铋溶解于40mL乙二醇，称取0.83g碘化钾溶解于40mL乙二醇，将二者缓慢混合后再加入1mL苯甲醛，磁力搅拌1h。将混合溶液转入到水热反应釜中，160°C下反应18h。反应完成后，待水热反应釜冷却至室温，然后将水热反应釜中橄榄绿色产物用乙醇和去离子水各洗三次，干燥。得到的富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片具有很高的光催化活性。
实施例6
称取1.81g五水硝酸铋溶解于40mL乙二醇，称取0.83g碘化钠溶解于40mL乙二醇，将二者缓慢混合后再加入10mg葡萄糖，磁力搅拌1h。将混合溶液转入到水热反应釜中，160°C下反应18h。反应完成后，待水热反应釜冷却至室温，然后将水热反应釜中橄榄绿色产物用乙醇和去离子水各洗三次，干燥。得到的富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片具有很高的光催化活性。

Claims (3)

1.一种富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于,包括如下步骤：
a.将0.05～0.2mol/L的五水硝酸铋乙二醇溶液与0.05～0.2mol/L的碘化钾乙二醇溶液按1：1的体积比混合均匀；
b.然后加入少量有机醛试剂，使得混合溶液中有机醛试剂的浓度为0.2～1g/L；
c.将混合溶液转入到水热反应釜中，在150～180°C下热处理12～24小时；
d.反应完成后，待水热反应釜冷却至室温，然后将水热反应釜橄榄绿色产物醇洗、水洗，干燥即得到该产品。
2.如权利要求1所述的富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于：所述有机醛试剂是苯甲醛。
3.如权利要求1所述的富含缺陷的超薄碘氧化铋纳米片的制备方法，其特征在于：所述有机醛试剂葡萄糖。
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