CN109759096B - 一种BiOBr纳米球、制备方法及其作为光催化剂在光降解染料中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BiOBr纳米球的制备方法，包括以下步骤：1)将Bi(NO₃)₃·5H₂O和1,2‑二溴苯溶于乙醇中，得到混合溶液；其中，混合溶液中Bi和Br物质的量之比为1:1；2)将混合溶液进行醇热反应，反应后得到反应液；3)将反应液进行离心干燥后得到BiOBr纳米球。本发明还公开一种BiOBr纳米球，球体直径不超过50nm。本发明还公开了该纳米球作为催化剂在光降解染料中的应用，降解率达到98％，因材料尺寸的变小，光生电子和空穴从材料体内扩散到表面的时间变短，在材料体内的复合概率变小，表现出光催化活性变好。

Description

一种BiOBr纳米球、制备方法及其作为光催化剂在光降解染料 中的应用

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其是一种BiOBr纳米球、制备方法及其作为光催化剂在光降解染料中的应用。

背景技术

BiOBr是一种由(Bi₂O₂)²⁺层和Br^-双离子层交替排列成的，具有层状结构的新型光催化材料，其开放的层状结构有利于光生载流子在层间的传输，可以缩短电荷到达表面活性位点的距离，减小光生电荷的复合，因此，BiOBr比传统TiO₂表现出更加优异的光催化活性。此外，材料尺寸是影响其催化活性的另一个重要因素，材料粒径越小，光生电子和空穴从材料体内扩散到表面的时间越短，在材料体内的复合概率越小，光催化活性越好。目前，已报道的BiOBr多为片状或由片状形成的BiOBr球，尺寸通常大于100nm，甚至可达微米级别，不利于光催化过程中有效光生载流子发挥作用。由于制备BiOBr过程中成核生长速度较快，小尺寸、大比表面积的BiOBr纳米球成为了研究热点和难点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种BiOBr纳米球、制备方法及其作为光催化剂在光降解染料中的应用。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种BiOBr纳米球的制备方法，包括以下步骤：

1)将Bi(NO₃)₃·5H₂O和1,2-二溴苯溶于乙醇中，得到混合溶液；其中，混合溶液中Bi和Br物质的量之比为1:1；

2)将混合溶液进行醇热反应，反应后得到反应液；

3)将反应液进行离心干燥后得到BiOBr纳米球。

进一步的，步骤1)中混合溶液中Bi(NO₃)₃·5H₂O的浓度为75-125mmol/L。

进一步的，将Bi(NO₃)₃·5H₂O和1,2-二溴苯溶于乙醇中的溶解手段为搅拌和超声处理。

进一步的，超声处理的参数为超声功率为300W，超声频率为40-80kHz，处理时间为12-24h。

进一步的，步骤2)中醇热反应的温度为100-120℃，反应时间为4-8h。

一种BiOBr纳米球，球体直径不超过50nm。

一种BiOBr纳米球，作为光催化剂在光降解染料中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用醇热法制备BiOBr纳米球的方法，具有操作简便、制备时间短、成本低廉且适合于工业化生产的特点。

本发明的BiOBr纳米球及其作为催化剂在光降解染料中的应用，纳米球的直径不超过50nm，在光催化降解染料中表现出良好的光催化降解性能，降解率高达98％，因材料尺寸的变小，光生电子和空穴从材料体内扩散到表面的时间变短，在材料体内的复合概率变小，表现出光催化活性变好；另一方面，BiOBr纳米球能够循环使用仍保持较高的光催化活性。

附图说明

图1为本发明的实施例1所制备的BiOBr纳米球的物相表征和微观形貌表征，a为BiOBr纳米球的XRD图谱，b、c为BiOBr纳米球在不同放大倍数的SEM图，d为BiOBr纳米球的EDS图谱；

图2为本发明的实施例1所制备的BiOBr纳米球对浓度为20mg/L的罗丹明B染料溶液的光催化降解数据图，a为罗丹明B染料溶液随反应时间的光吸收率的变化数据图，b为BiOBr纳米球在光照和非光照条件下降解率随时间的变化数据图；

图3为本发明的实施例1所制备的BiOBr纳米球循环使用5次的光催化降解效果图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

1)将Bi(NO₃)₃·5H₂O和1,2-二溴苯按照物质的量为2:1的比例加入到80mL乙醇中，乙醇溶液中Bi(NO₃)₃·5H₂O的浓度为75mmol/L，将混合溶液置于超声功率为300W，超声频率为45kHz的超声波清洗器中，同时伴随电动搅拌器的搅拌，在搅拌和超声同时作用下，处理12h，得到混合溶液。

2)将混合溶液装入100mL内衬聚四氟乙烯的反应釜中，置于均相反应器中，在100℃下反应8h，得到反应液；

3)将反应液经反复离心洗涤后烘干，即可得到直径不超过50nm的BiOBr纳米球。

实施例2

1)将Bi(NO₃)₃·5H₂O和1,2-二溴苯物质的量之比为2:1的比例加入到80mL乙醇中，乙醇溶液中Bi(NO₃)₃·5H₂O的浓度为100mmol/L，将混合溶液置于超声功率为300W，超声频率为40kHz的超声波清洗器中，同时伴随电动搅拌器的搅拌，在搅拌和超声同时作用下，处理18h，得到混合溶液。

2)将混合溶液装入100mL内衬聚四氟乙烯的反应釜中，置于均相反应器中，在110℃下反应6h，得到反应液；

3)将反应液经反复离心洗涤后烘干，即可得到直径不超过50nm的BiOBr纳米球。

实施例3

1)将Bi(NO₃)₃·5H₂O和1,2-二溴苯按照物质的量之比为2:1的比例加入到80mL乙醇中，乙醇溶液中Bi(NO₃)₃·5H₂O的浓度为125mmol/L，将混合溶液置于超声功率为300W，超声频率为80kHz的超声波清洗器中，同时伴随电动搅拌器的搅拌，在搅拌和超声同时作用下，处理24h，得到混合溶液；

2)将混合溶液装入100mL内衬聚四氟乙烯的反应釜中，置于均相反应器中，在120℃下反应4h，得到反应液；

3)将反应液经反复离心洗涤后烘干，即可得到直径不超过50nm的BiOBr纳米球。

参见图1，图1为本发明的实施例1所制备的BiOBr纳米球XRD图谱、SEM照片和EDS图谱；从图1(a)可以看出，所制备的BiOBr纳米球结晶度较好，无杂相生成；图1(b)和图1(c)是分别放大2.5万倍和20万倍下的BiOBr纳米球的SEM照片，统计表明，所制备的BiOBr纳米球直径不超过50nm；图1(d)是EDS谱图，测试显示所制备的BiOBr纳米球中Bi和Br的摩尔比为21.28:22.01，接近于BiOBr中Bi和Br的化学计量比1:1。

参见图2，图2为本发明的实施例1所制备的BiOBr纳米球对浓度为20mg/L的罗丹明B染料溶液的光催化降解曲线图；图2(a)表明，随着反应时间的延长，罗丹明B染料在最大吸收波长554nm处的吸收峰逐渐减弱，说明染料被逐渐降解；图2(b)可以看出，可见光照射下40min，BiOBr纳米球对染料的光催化降解率达到98％。

参见图3，图3为本发明的实施例1所制备的BiOBr纳米球循环使用5次的光催化降解效果图，从图中可以看出循环使用5次后，对染料溶液的降解率仍可达到98％以上。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种BiOBr纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将Bi(NO₃)₃·5H₂O和1, 2-二溴苯溶于乙醇中，得到混合溶液；其中，混合溶液中Bi和Br物质的量之比为1:1；

2）将混合溶液进行醇热反应，反应后得到反应液；

3）将反应液进行离心干燥后得到BiOBr纳米球。

BiOBr纳米球的球体直径不超过50 nm。

2.根据权利要求1所述的BiOBr纳米球的制备方法，其特征在于，步骤1）中混合溶液中Bi(NO₃)₃·5H₂O的浓度为75-125 mmol/L。

3.根据权利要求1所述的BiOBr纳米球的制备方法，其特征在于，步骤1）中，将Bi(NO₃)₃·5H₂O和1, 2-二溴苯溶于乙醇中的溶解手段为搅拌和超声处理。

4.根据权利要求3所述的BiOBr纳米球的制备方法，其特征在于，超声处理的参数为超声功率为300 W，超声频率为40-80 kHz，处理时间为12-24 h。

5.根据权利要求1所述的BiOBr纳米球的制备方法，其特征在于，步骤2）中醇热反应的温度为100-120 ℃，反应时间为4-8 h。

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