CN109550509B - 一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法及其产品与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法及其产品与应用，包括，将铋源溶解在乙二醇溶液中形成铋盐溶液；将溴化钾溶解于蒸馏水中形成溴化钾溶液；将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，得溴化钾铋盐混合溶液；将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，得到的氧化石墨烯悬浮液，将氧化石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，进行溶剂热反应，反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，洗涤，得所述复合光催化剂。本发明以乙二醇作为溶剂和还原剂，通过一步溶剂热法简单快速地制备花状Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂，无毒，环境友好，适于工业化生产。在可见光下光催化降解罗丹明B，复合光催化剂的光催化性能大大提高。
Description
技术领域
本发明属于光催化剂领域，特别涉及一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法及其产品与应用。
背景技术
溴氧化铋(BiOBr)是一种理想的可见光驱动铋系光催化剂，具有独特的层状结构和相对高的光催化活性。不足的是，单独的BiOBr对可见光的利用率低且光激发后产生的电子和空穴易复合，很大程度上限制了BiOBr在工业上的大规模应用。
到目前为止，铋系复合材料被广泛研究来解决一元催化剂自身无法解决的问题。例如，Huang等通过两步水热法成功制备催化剂Bi/Bi2WO6，对罗丹明B和4-氯酚有优异的降解效果(Y.K.Huang,S.F.Kang,Y.Yang,H.F.Qin,Z.J.Ni,S.J.Yang,X.Li,Appl.Catal.B:Environ.196(2016)89-99.)。Liu等通过加入额外还原剂二甲基亚砜制备得到Bi/BiOBr，明显提高了BiOBr的光催化活性(Z.S.Liu,B.T.Wu,Mat.Sci.Semicon.Proc.31(2015)68-75.)。但其制备方法相对成本高、耗时长，工艺较复杂，不利于规模化生产。因此，开发一种适用于工业化生产，无毒，环境友好，且具有优异可见光活性的光催化材料迫在眉睫。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有光催化剂中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明其中一个目的是，克服现有光催化剂产品的不足，提供一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法，包括，
将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.055mol/L铋盐溶液；
将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，持续搅拌15～30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，得到的氧化石墨烯悬浮液，将氧化石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，持续搅拌30～60min后，进行溶剂热反应，反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，洗涤，干燥得到Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂。
作为本发明所述Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂制备方法的一种优选方案，其中：所述将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4。
作为本发明所述Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂制备方法的一种优选方案，其中：所述将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，得到的氧化石墨烯悬浮液，氧化石墨烯悬浮液质量浓度10.3～112.3g/L。
作为本发明所述Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂制备方法的一种优选方案，其中：所述将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，超声功率为250W，超声时间为30min，超声频率为40KHz。
作为本发明所述Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂制备方法的一种优选方案，其中：所述将氧化石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，以体积比计，氧化石墨烯悬浮液：溴化钾铋盐混合溶液为3:5。
作为本发明所述Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂制备方法的一种优选方案，其中：所述溶剂热反应，反应温度140～200℃，反应时间10～16h。
作为本发明所述Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂制备方法的一种优选方案，其中：所述溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
作为本发明所述Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂制备方法的一种优选方案，其中：所述干燥，干燥温度为60～80℃，干燥时间为8～12h。
本发明另一个目的是，提供一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂，Bi/BiOBr化合物与薄纱状石墨烯交织在一起，Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的直径为300～500nm。
本发明再一个目的是，提供一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用。
本发明的有益效果：
(1)本发明以乙二醇作为溶剂和还原剂，通过一步溶剂热法简单快速地制备花状Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂，适于工业化生产。
(2)本发明制得的花状Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂中，Bi的沉积拓宽了BiOBr对可见光的吸收，同时石墨烯的加入解决了BiOBr光生电子-空穴对易复合的问题。由于材料间的协同作用，在可见光下光催化降解罗丹明B，Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的光催化性能大大提高。
(3)本发明采用乙二醇作为溶剂和还原剂，无毒，环境友好，且制得的Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂呈现花状结构，能促使材料对光的多重散射，能在一定程度上提高对可见光的吸收，提高催化性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为实施例2所制备的Bi0.1/BiOBr/RGO3％和对照实施例1所制备的复合光催化剂BiOBr/RGO3％的XRD图。
图2为实施例2所制备的Bi0.1/BiOBr/RGO3％复合光催化剂的SEM图。
图3为对照实施例2～6所制备的铋不同负载量的Bi/BiOBr复合光催化剂的降解图。
图4为实施例1～4和对照实施例4光催化剂的降解图。
图5为是不同催化剂的光催化剂的降解图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0550mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌15min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，超声功率为250W，超声时间为30min，超声频率为40KHz，配成浓度为10.3g/L的石墨烯悬浮液；
(5)将10.3g/L的石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，其中，以体积比计，氧化石墨烯悬浮液：溴化钾铋盐混合溶液为3:5；持续搅拌30min后进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
(6)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，60℃干燥12h，即得所需催化剂Bi0.1/BiOBr/RGO1％，标记为B0.1BR1％。
(7)将所制备的Bi0.1/BiOBr/RGO1％复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到89％。
实施例2
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0550mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，超声功率为250W，超声时间为30min，超声频率为40KHz，配成浓度为31.3g/L的石墨烯悬浮液；
(5)将31.3g/L的石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，其中，以体积比计，氧化石墨烯悬浮液：溴化钾铋盐混合溶液为3:5；持续搅拌60min后进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
(6)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，60℃真空干燥12h，即得所需催化剂Bi0.1/BiOBr/RGO3％，标记为B0.1BR3％。
图2为制备的Bi0.1/BiOBr/RGO3％复合光催化剂的SEM图，从SEM图中可以看出，直径为300～500nm的花状纳米球与薄纱状的石墨烯交错在一起。
将所制备的Bi0.1/BiOBr/RGO3％复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到100％。
实施例3
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0550mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，超声功率为250W，超声时间为30min，超声频率为40KHz，配成浓度为53.0g/L的石墨烯悬浮液；
(5)将53.0g/L的石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，其中，以体积比计，氧化石墨烯悬浮液：溴化钾铋盐混合溶液为3:5；持续搅拌60min后进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
(6)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，60℃真空干燥12h，即得所需催化剂Bi0.1/BiOBr/RGO5％，标记为B0.1BR5％。
复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到88％。
实施例4
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0550mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，超声功率为250W，超声时间为30min，超声频率为40KHz，配成浓度为112.3g/L的石墨烯悬浮液；
(5)将112.3g/L的石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，其中，以体积比计，氧化石墨烯悬浮液：溴化钾铋盐混合溶液为3:5；持续搅拌60min后进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
(6)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，60℃干燥12h，即得所需催化剂Bi0.1/BiOBr/RGO10％，标记为B0.1BR10％。
将所制备的Bi0.1/BiOBr/RGO10％复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到77％。
实施例5
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0550mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，超声功率为250W，超声时间为30min，超声频率为40KHz，配成浓度为31.3g/L的石墨烯悬浮液；
(5)将31.3g/L的石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，其中，以体积比计，氧化石墨烯悬浮液：溴化钾铋盐混合溶液为3:5；持续搅拌60min后进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度140℃，反应时间16h。
(6)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，60℃真空干燥12h，即得所需催化剂Bi0.1/BiOBr/RGO3％。
将所制备的Bi0.1/BiOBr/RGO3％复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到83％。
实施例6
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0550mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，超声功率为250W，超声时间为15min，超声频率为40KHz，配成浓度为31.3g/L的石墨烯悬浮液；
(5)将31.3g/L的石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，其中，以体积比计，氧化石墨烯悬浮液：溴化钾铋盐混合溶液为3:5；持续搅拌30min后进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度200℃，反应时间10h。
(6)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，60℃真空干燥12h，即得所需催化剂Bi0.1/BiOBr/RGO3％。
将所制备的Bi0.1/BiOBr/RGO3％复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到87％。
对照实施例1
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0500mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，超声功率为250W，超声时间为30min，超声频率为40KHz，配成浓度为31.3g/L的石墨烯悬浮液；
(5)将31.3g/L的石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，其中，以体积比计，氧化石墨烯悬浮液：溴化钾铋盐混合溶液为3:5；持续搅拌60min后进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
(6)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，80℃干燥8h，即得所需催化剂BiOBr/RGO3％，标记为BR3％。
图1为实施例2所制备的Bi0.1/BiOBr/RGO3％和对照实施例1所制备的复合光催化剂BiOBr/RGO3％的XRD图，从BiOBr/RGO与Bi/BiOBr/RGO的XRD对比图中发现，在Bi/BiOBr/RGO中出现新的衍射峰出现，对应于金属Bi(JCPDS No.44-1246)，表明乙二醇成功将Bi3+还原成单质Bi。
将所制备的BiOBr/RGO3％复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到81％。
对照实施例2
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0500mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
(5)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，60℃干燥8h，即得所需催化剂BiOBr。
将所制备的BiOBr光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到60％。
对照实施例3
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0525mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
(5)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，60℃干燥12h即得所需催化剂Bi0.05/BiOBr，标记为B0.05B。
将所制备的Bi0.05/BiOBr复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mg L-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到71％。
对照实施例4
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0550mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
(5)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，80℃干燥8h，即得所需催化剂Bi0.1/BiOBr，标记为B0.1B。
图4为实施例1～4和对照实施例4光催化剂的降解图。从图4降解图中可以看出，随着石墨烯含量的增加(下标0～3％)，制备得到的Bi/BiOBr/RGO的光催化活性逐渐提升，这归因于石墨烯有利于促进光生电子和空穴对的分离，提高了光催化性能。而当石墨烯的含量进一步增加(大于3％)时，光催化性能逐渐下降，可能是因为过量的石墨烯使得光催化反应体系的透光性降低，影响材料对可见光的吸收。(下标含义，以3％为例，石墨烯的质量/整个催化剂的质量＝3％)
图5是不同催化剂的降解图。从图中可以看出，复合光催化剂Bi/BiOBr/RGO的降解效果明显高于其他制备的光催化剂BiOBr、Bi/BiOBr和BiOBr/RGO，从原来的只能降解罗丹明的60％提升至100％，体现了材料间的协同效应，增强了光催化活性。
将所制备的Bi0.1/BiOBr复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到77％。
对照实施例5
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0600mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
(5)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，60℃干燥12h，即得所需催化剂Bi0.2/BiOBr，标记为B0.2B。
将所制备的Bi0.2/BiOBr复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到57％。
对照实施例6
(1)将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.0650mol/L铋盐溶液；
(2)将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2mol/L溴化钾溶液；
(3)将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4，持续搅拌30min，得溴化钾铋盐混合溶液；
(4)进行溶剂热反应，其中，溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
(5)反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，用蒸馏水洗涤3次后，60～80℃干燥8h，即得所需催化剂Bi0.3/BiOBr，标记为B0.3B。
将所制备的Bi0.3/BiOBr复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B以测其光催化活性，用于光降解罗丹明B时反应条件为：浓度为20mgL-1的罗丹明水溶液40mL，催化剂用量为10mg，太阳光作为光源，发现在120min内罗丹明B的降解率达到54％。
图3为对照实施例2～6所制备的铋不同负载量的Bi/BiOBr复合光催化剂的降解图，从图3降解图中可以看出，随着Bi含量的增加(下标0～0.1)，制备得到的Bi/BiOBr的光催化活性逐渐提升，可能由于Bi的SPR效应提高了材料对可见光的吸收，增大了光子的激发，从而提高了光催化性能。而当Bi含量进一步增加(大于0.1)时，Bi可能反而成为光生电子-空穴对的复合中心，从而导致光催化性能降低。(注：下标的表示含义，以0.1为例：制备单质Bi的摩尔量/制备BiOBr的摩尔量＝(2.2-2)/2＝0.1)
本发明以乙二醇作为溶剂和还原剂，通过一步溶剂热法简单快速地制备花状Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂，Bi的沉积拓宽了BiOBr对可见光的吸收，同时石墨烯的加入解决了BiOBr光生电子-空穴对易复合的问题，在材料间的协同作用下，可见光下光催化降解罗丹明B，Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的光催化性能大大提高。
同时，发明人发现，在Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂中随着Bi含量的增加(0～0.1)，制备得到的Bi/BiOBr的光催化活性逐渐提升，可能由于Bi的SPR效应提高了材料对可见光的吸收，增大了光子的激发，从而提高了光催化性能。而当Bi含量进一步增加(大于0.1)时，Bi可能反而成为光生电子-空穴对的复合中心，降低光催化性能。随着石墨烯含量的增加(0～3％)，制备得到的Bi/BiOBr/RGO的光催化活性逐渐提升，而当石墨烯的含量进一步增加(大于3％)时，光催化性能逐渐下降，可能是因为过量的石墨烯使得光催化反应体系的透光性降低，影响材料对可见光的吸收。复合光催化剂Bi/BiOBr/RGO的降解效果明显高于其他制备的光催化剂BiOBr、Bi/BiOBr和BiOBr/RGO，从原来的只能降解罗丹明的60％提升至100％，表明材料间的协同效应，增强了光催化活性。且当石墨烯的质量与整个催化剂的质量比值为3％，单质Bi的摩尔量与制备BiOBr的摩尔量比为0.1时，复合光催化剂Bi/BiOBr/RGO在120min内罗丹明B的降解率达到100％。
本发明以乙二醇作为溶剂和还原剂，通过一步溶剂热法简单快速地制备花状Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂，采用乙二醇作为溶剂和还原剂，无毒，环境友好，适于工业化生产，制得的花状Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂中，Bi的沉积拓宽了BiOBr对可见光的吸收，同时石墨烯的加入解决了BiOBr光生电子-空穴对易复合的问题。由于材料间的协同作用，在可见光下光催化降解罗丹明B，Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的光催化性能大大提高。
本发明以乙二醇作为溶剂和还原剂，通过简单的一步溶剂热法，不但实现了在不添加额外还原剂的情况下对过量铋盐的还原，而且成功制备出结晶性好的花状光催化剂Bi/BiOBr/RGO。制备工艺简单，条件易控，制备过程绿色环保，符合大规模生产的要求。另外，本发明中制备得到的催化剂凭借着材料间的协同作用，在可见光下光催化降解罗丹明B具有优异的光催化效果。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：包括，
将铋源溶解在乙二醇溶液中形成浓度为0.055mol/L铋盐溶液；
将溴化钾溶解于蒸馏水中形成浓度为0.2 mol/L溴化钾溶液；
将溴化钾溶液缓慢加入至铋盐溶液，持续搅拌15～30min，得溴化钾铋盐混合溶液，其中，以体积比计，溴化钾溶液：铋盐溶液为1:4；
将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，得到的氧化石墨烯悬浮液，其中，氧化石墨烯悬浮液质量浓度为10.3~112.3 g/L；
将氧化石墨烯悬浮液加入到所述溴化钾铋盐混合溶液中，持续搅拌30～60min后，进行溶剂热反应，反应结束后冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，洗涤，干燥得到Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂，其中，以体积比计，氧化石墨烯悬浮液：溴化钾铋盐混合溶液为3:5。
2.如权利要求1所述的Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述将氧化石墨于蒸馏水中超声处理，超声功率为250 W，超声时间为30 min，超声频率为40KHz。
3.如权利要求1所述的Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述溶剂热反应，反应温度140~200℃，反应时间10~16 h。
4.如权利要求3所述的Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述溶剂热反应，反应温度160℃，反应时间12h。
5.如权利要求1所述的Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述干燥，干燥温度为60~80℃，干燥时间为8~12 h。
6.一种如权利要求1所述的Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法制得的Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂，其特征在于：所述Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂，Bi/BiOBr化合物与薄纱状石墨烯交织在一起，Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的直径为300~500 nm。
7.如权利要求6所述的Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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