CN105800686B - 一种制备Bi5O7I的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碘氧铋三元化合物半导体材料技术领域，尤其是涉及光催化剂的制备技术领域，具体公开了一种制备Bi5O7I的方法，控温15～25℃，将蒸馏水和碱性水溶液加入溶有碘化钾和五水合硝酸铋的乙二醇溶液中，控制所得反应液pH值为10.8～11.5，搅拌反应，即制得Bi5O7I。所得产物经过滤、洗涤、干燥，烘干得到Bi5O7I纳米片，其具有优异的可见光光催化氧化能力。本发明合成方法简单，成本低，污染小，符合可持续发展需要，是一种新型环保型制备方法。

Description

一种制备Bi5O7I的方法
技术领域
本发明涉及碘氧铋三元化合物半导体材料技术领域，尤其是光催化剂的制备技术领域。
背景技术
近年来，半导体催化剂已成为一种很受欢迎的高效净化空气及水技术，其中，BiOX（X = Cl, Br,或I）作为一种重要的三元结构（V−VI−VII）半导体材料，具有独特的层状结构、合适的禁带宽、高的化学稳定性和催化活性，对可见光有很好的响应，被认为是具有开发前景和应用潜力的能源与环境光催化材料。
尤以BiOI具有最小的带隙以及强的可见光吸收能力，因此具有优异的可见光催化性能。有研究表明，碘氧化铋材料的价带取决于I 2p和O 2p轨道，导带取决于Bi 6p轨道，缺碘结构的碘氧化铋带隙能介于BiOI和Bi2O3之间。因此缺碘结构碘氧化铋材料（例如Bi4O5I2,Bi7O9I3, Bi5O7I等）具有比BiOI更加优异的光催化活性。
但是，目前大部分的缺卤结构卤氧化铋材料均需通过耗时、耗能的水（溶剂）热法或化学气相传输法等方法制备，生产成本较高，反应过程不易控制。
Bi5O7I可以由BiOI经高温煅烧制得，煅烧温度一般在250-520℃，煅烧温度不同，制得Bi5O7I的具体形态不同，光催化性能不同。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种Bi5O7I的制备方法，能够在常温常压下进行Bi5O7I的合成，制得的Bi5O7I具有良好的光催化性能，降低Bi5O7I光催化剂的生产成本。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种制备Bi5O7I的方法，控温15～25℃，将蒸馏水和碱性水溶液加入溶有碘化钾和五水合硝酸铋的乙二醇溶液中，控制所得反应液pH值为10.8～11.5，搅拌反应，即制得Bi5O7I。
所述蒸馏水和碱性水溶液缓慢滴加入所述乙二醇溶液中，边滴边搅拌。
作为优选，先将五水合硝酸铋加入到乙二醇中溶解, 再向其中加入碘化钾使溶解，得到碘化钾和五水合硝酸铋的乙二醇溶液。
作为优选，所述碱性水溶液为碱金属或碱土金属的氢氧化物的水溶液。
作为优选，所述乙二醇溶液中加入的五水合硝酸铋和碘化钾的质量比为(20～40):7。
作为优选，所述乙二醇溶液中加入的五水合硝酸铋与乙二醇的质量比为1:(20～30)。
作为优选，所述乙二醇溶液、蒸馏水和碱性水溶液的质量比为(6.0～6.2):(4.5～5.0):1。
作为优选，所述碱性水溶液由氢氧化钠与水按质量比8:(90～110)配制而成。
将反应液所得产物过滤、洗涤、干燥，烘干，制得Bi5O7I纳米片。
作为优选，所述烘干温度为60℃，烘干时间为6～8h。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供了一种常温、常压条件下制备Bi5O7I及其纳米片的方法，使用硝酸铋和碘化钾为铋源和碘源，反应溶剂为乙二醇-水混合体系，不使用高温、高压等工艺，反应条件温和，污染小，仅通过调整反应体系的pH值，使沉淀反应历程发生一定程度的改变，即可实现对产物中Bi、O和I摩尔比的可控调节，且制得的Bi5O7I纳米片具有优异的可见光催化性能、较高的比表面积，纳米片的厚度达到10～15nm，为Bi5O7I光催化剂的合成提供了一种简便易行的制备途径，具有步骤短且易控制、耗时短、耗能低和成本低的优点，为光催化材料的研发指出了一个全新的方向，具有极高的市场前景。
附图说明
图1为实施例1所制备的Bi5O7I纳米片光催化剂的X射线衍射图谱。
图2为实施例1所制备的Bi5O7I纳米片光催化剂的扫描电镜图。
图3为实施例1-6（S1-6）所制备的Bi5O7I纳米片光催化剂在可见光照射下的对苯酚的降解效率。
具体实施方式
下面举例对本发明作进一步说明。
实施例1
（1）将0.97g五水合硝酸铋加入到盛有20 mL乙二醇中,烧杯置于25 oC的恒温水浴锅中,持续搅拌25min，得到澄清溶液；
(2）在强烈搅拌下，将0.34 g碘化钾加入到步骤（1）得到的澄清溶液中,持续搅拌30 min，得到橙红色溶液；
（3）称取8g氢氧化钠溶于100mL水中，搅拌溶解，得到氢氧化钠溶液；
（4）在25oC恒温水浴及强烈搅拌下，在步骤（2）得到的橙红色溶液中缓慢加入16.5mL蒸馏水和步骤（3）中得到的氢氧化钠溶液3.5 mL，控制所得反应液pH值为11，继续搅拌4h ，得到产物；
（5）将步骤（4）所得产物D过滤、洗涤、干燥，干燥后的固体在烘箱中60oC干燥6 h，得到Bi5O7I纳米片成品。
对所得Bi5O7I纳米片进行X射线衍射测试（见图1），可见该光催化剂中仅含有Bi5O7I一种物质。对所得Bi5O7I纳米片作扫描电镜成像，从图2可以看到，Bi5O7I呈纳米薄片状，薄片的厚度在大概10～15 nm之间。
对所制备的Bi5O7I纳米片进行了可见光催化降解苯酚实验：量取200 mL苯酚溶液（25 mg·L−1），加入0.2 g本实施例制备的Bi5O7I纳米片光催化剂，以300W氙灯为可见光源（以400 nm滤光片滤掉λ<400 nm的光），如图3中S1所示，可见光照射1h后，苯酚在该光催化剂表面的降解率为90.1%；其催化活性明显高于普通的BiOI催化材料。
实施例2
（1）将0.97g五水合硝酸铋加入到盛有24 mL乙二醇中,烧杯置于25 oC的恒温水浴锅中,持续搅拌30 min，得到澄清溶液；
(2）在强烈搅拌下，将0.34 g碘化钾加入到步骤（1）得到的澄清溶液中,持续搅拌30 min，得到橙红色溶液；
（3）氢氧化钠溶液配制，方法同实施例1；
（4）在25oC恒温水浴及强烈搅拌下，在步骤（2）得到的橙红色溶液中加入16.5 mL蒸馏水和步骤（3）中得到的氢氧化钠溶液3.5 mL，控制所得反应液pH值为11继续搅拌4 h ，得到产物；
（5）将步骤（4）所得产物D过滤、洗涤、干燥，干燥后的固体在烘箱中60oC干燥6 h，得到Bi5O7I纳米片成品。
按照实施例1的方法对所得成品Bi5O7I纳米片进行可见光催化降解苯酚实验，如图3中S2所示，可见光照射1h后，Bi5O7I纳米片光催化剂对苯酚的降解效率高达90.2%，与实施例1制备材料的催化效果相近。
实施例3
（1）将1.94g五水合硝酸铋加入到盛有20 mL乙二醇中,烧杯置于20oC的恒温水浴锅中,持续搅拌30 min，得到澄清溶液；
(2）在强烈搅拌下，将0.34 g碘化钾加入到步骤（1）得到的澄清溶液中,持续搅拌30 min，得到澄清的橙红色溶液；
（3）氢氧化钠溶液配制，方法同实施例1；
（4）在20oC恒温水浴及强烈搅拌下，在步骤（2）得到的橙红色溶液中缓慢加入16.5mL蒸馏水和步骤（3）中得到的氢氧化钠溶液3.5 mL，控制所得反应液pH值为11继续搅拌4 h，得到产物；
（5）将步骤（4）所得产物D过滤、洗涤、干燥，干燥后的固体在烘箱中60oC干燥8 h，得到Bi5O7I纳米片成品。
按照实施例1的方法对所得催化剂进行可见光催化降解苯酚实验，如图3中S3所示，可见光照射1h后，Bi5O7I纳米片光催化剂对苯酚的降解效率为90%。
实施例4
（1）将1.46g五水合硝酸铋加入到盛有20 mL乙二醇中,烧杯置于20 oC的恒温水浴锅中,持续搅拌30min，得到澄清溶液；
(2）在强烈搅拌下，将0.34 g碘化钾加入到步骤（1）得到的澄清溶液中,持续搅拌30 min，得到橙红色溶液；
（3）氢氧化钠溶液配制，方法同实施例1；
（4）在20oC恒温水浴及强烈搅拌下，在步骤（2）得到的橙红色溶液中缓慢加入16.5mL蒸馏水和步骤（3）中得到的氢氧化钠溶液3.5 mL，控制所得反应液pH值为11继续搅拌4 h，得到产物；
（5）将步骤（4）所得产物D过滤、洗涤、干燥，干燥后的固体在烘箱中60oC干燥8 h，得到Bi5O7I纳米片成品。
按照实施例1的方法进行可见光催化降解苯酚实验，如图3中S4所示，可见光照射1h后，Bi5O7I纳米片光催化剂对苯酚的降解效率可以达到90.1%。
实施例5
（1）将1.94g五水合硝酸铋加入到盛有24 mL乙二醇中,烧杯置于15 oC的恒温水浴锅中,持续搅拌40 min，得到澄清溶液；
(2）在强烈搅拌下，将0.34 g碘化钾加入到步骤（1）得到的澄清溶液中,持续搅拌40 min，得到橙红色澄清溶液；
（3）氢氧化钠溶液配制；
（4）在15oC恒温水浴及强烈搅拌下，在步骤（2）得到的橙红色澄清溶液中缓慢加入16.5 mL蒸馏水和步骤（3）中得到的氢氧化钠溶液，控制所得反应液pH值为10.8继续搅拌4h ，得到产物；
（5）将步骤（4）所得产物过滤、洗涤、干燥，干燥后的固体在烘箱中60oC干燥8 h，得到Bi5O7I纳米片成品。
按照实施例1的方法对所得产品进行可见光催化降解苯酚实验，如图3中S5所示，可见光照射1h后，Bi5O7I纳米片光催化剂对苯酚的降解效率可以达到89.9%。
实施例6
（1）将1.46g五水合硝酸铋加入到盛有24 mL乙二醇中,烧杯置于15 oC的恒温水浴锅中,持续搅拌40 min，得到澄清溶液；
(2）在强烈搅拌下，将1.70 g碘化钾加入到步骤（1）得到的澄清溶液中,持续搅拌40 min，得到橙红色澄清溶液；
（3）氢氧化钠溶液配制；
（4）在15oC恒温水浴及强烈搅拌下，在步骤（2）得到的橙红色澄清溶液中缓慢加入16.5 mL蒸馏水和步骤（3）中得到的氢氧化钠溶液，控制所得反应液pH值为11.5继续搅拌4h ，得到产物；
（5）将步骤（4）所得产物过滤、洗涤、干燥，干燥后的固体在烘箱中60oC干燥8 h，得到Bi5O7I纳米片成品。
按照实施例1的方法进行可见光催化降解苯酚实验，如图3中S6所示，可见光照射1h后，Bi5O7I纳米片光催化剂对苯酚的降解效率可以达到90 %。
本发明实施例1-6均在常压下进行，按照本发明方法制得的Bi5O7I纳米片具有优异的可见光催化性能、较高的比表面积，纳米片的厚度达到10～15nm。
本发明实施例碱性水溶液以氢氧化钠为例，然而，本领域技术人员能够自行选择其它的碱性水溶液以控制反应液的pH值，如氢氧化钾、氢氧化钙等溶液。碱性水溶液的碱性不宜过低，否则容易导致加入反应液中水的含量过多，影响反应效率。
本发明方法中，反应液的pH值低于10.8或高于11.5，均会造成反应产物中Bi、O和I摩尔比发生变化。
以上对本发明提供的一种常温常压下制备Bi5O7I纳米片可见光催化剂的方法进行了详细介绍，本发明中应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可对本发明进行若干改进，这些改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种制备Bi5O7I的方法，其特征在于：控温15～25℃，将蒸馏水和碱性水溶液加入溶有碘化钾和五水合硝酸铋的乙二醇溶液中，控制所得反应液pH值在10.8～11.5之间，搅拌反应，即制得Bi5O7I，所述乙二醇溶液中加入的五水合硝酸铋和碘化钾的质量比为(20～40):7，所述乙二醇溶液中加入的五水合硝酸铋与乙二醇的质量比为1:(20～30)，所述乙二醇溶液、蒸馏水和碱性水溶液的质量比为(6.0～6.2):(4.5～5.0):1，所述碱性水溶液由氢氧化钠与水按质量比8:(90～110)配制而成，将反应液所得产物过滤、洗涤、干燥，烘干，制得Bi5O7I纳米片。
2.根据权利要求１所述的一种制备Bi5O7I的方法，其特征在于，所述蒸馏水和碱性水溶液缓慢滴加入所述乙二醇溶液中，边滴边搅拌。
3.根据权利要求1所述的一种制备Bi5O7I的方法，其特征在于，先将五水合硝酸铋加入到乙二醇中溶解, 再向其中加入碘化钾使溶解，得到碘化钾和五水合硝酸铋的乙二醇溶液。
4.根据权利要求1所述的一种制备Bi5O7I的方法，其特征在于，所述碱性水溶液为碱金属或碱土金属的氢氧化物的水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种制备Bi5O7I的方法，其特征在于所述烘干温度为60℃，烘干时间为6～8h。
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