CN110605126A - 一种中空BiOCl@CeO2纳米复合材料的制备方法及其应用 - Google Patents
一种中空BiOCl@CeO2纳米复合材料的制备方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种中空BiOCl@CeO2纳米复合材料的制备方法及其应用，属于光催化领域。所述纳米复合材料由BiOCl与CeO2组成，能够利用可见光有效降解水中有机污染物。该复合材料以碳微球为模版，在室温下通过化学共沉淀法合成C‑Ce(OH)3前驱体，将制备的前驱体于高温煅烧后，得到CeO2空心球。最后通过水热法制得BiOCl@CeO2纳米复合材料。本发明工艺简单、原料易得，对设备要求较低，过程简易反应条件可控性强。所制备的中空BiOCl@CeO2纳米复合材料具有优异的可见光利用效率，可用于降解废水中的有机物。
Description
技术领域
本发明属于光催化领域，具体涉及一种中空BiOCl@CeO2纳米复合材料的制备方法及其应用。
背景技术
如今，环境污染和能源短缺是世界上两大突出挑战。可见光驱动的半导体多相光催化技术通过有效利用太阳能引起了广泛的关注。到目前为止，TiO2仍然是光催化中研究最多，前景最好的半导体材料。然而，TiO2在现实生活中的应用受到其对可见光的不响应及其在电子-空穴复合后消失的限制。因此，开发新颖有效的光催化剂已经迫在眉睫。
氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物，由于具有相对独特的晶体结构，高储氧和释氧能力以及强氧化还原性能，因此对各种有机染料污染物的降解具有优异的光催化性能(Ce3+/Ce4+)，环境友好，成本效率，因此成为光催化材料研究的热点之一。CeO2的带隙接近TiO2，CeO2在紫外光下具有较高的光催化活性，但很难充分利用太阳能。因此，CeO2的改性将拓宽光响应范围，大大提高光催化性能。
最近，铋基半导体光催化剂，如Bi2WO6，Bi2O2CO3，Bi2MoO6，BiOX(X＝F，Cl，Br，I)，引起了极大的关注，由于它们对环境处理和水分解的高效可见光响应。特别是，卤氧化铋很有前景，因为它们具有独特的层状结构，可以有效地诱导光生电子-空穴对的分离。在卤氧化铋中，BiOCl由于其电学性质，独特的光学和有前景的应用，在光催化领域具有很大的应用前景。作为具有宽带隙的半导体，BiOCl仅吸收UV光，理论上不能在可见光下降解有机染料。因此，已经进行了许多努力以通过掺入金属离子或与其他半导体偶联来开发功能性BiOCl基可见光光催化剂。目前，基于BiOCl的耦合半导体材料得到了广泛的研究，因为异质结结构可以有效地减少光致电子-空穴对的复合，从而延长电荷载体的寿命，显示出更高的光催化活性。然而，对BiOCl@CeO2复合材料的研究很少。
基于上述分析，一种工艺简单、原料易得，对设备要求较低，过程简易反应条件可控性强，具有优异的可见光利用效率，可用于降解废水中的有机物的中空BiOCl@CeO2纳米复合材料是本行业急需的。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的第一个目的是将CeO2和BiOCl结合起来改善CeO2在可见光下的光催化活性是一种很好的方法。大量研究表明，光催化特性，如微观光学形貌，粒径，比表面积，对光催化降解效率有一定影响。其中，空心球和具有特殊结构的空心壳微球具有比表面积大，性能稳定的特点，内芯与外壳的相互作用也有利于光生电子孔的传输。而且，该结构可以通过芯和壳的多次反射更充分地吸收入射光，从而改善入射光的吸收；本发明的第二个目的是提供一种中空BiOCl@CeO2纳米复合材料的制备方法，使复合材料的制备简便化、绿色化。
针对第一个发明目的，本发明提供的中空BiOCl@CeO2纳米复合材料，以碳微球为模版制备中空CeO2微球，利用片状BiOCl自组装成花球状负载在中空CeO2微球表面。使得CeO2和BiOCl形成p-n异质结，拓宽了光响应范围，增加了可见光利用效率，具有较好的可见光催化性能。
针对第二个发明目的，通过简单的水热法制备复合材料，制备过程更加简化，所需原材料更少，反应过程可控性更强。
本发明提供的中空BiOCl@CeO2纳米复合材料的制备方法，主要有如下步骤：
1)碳微球模版的制备：首先，在室温下将6g葡萄糖完全溶解在60mL蒸馏水中，然后将0.1g/ml葡萄糖溶液倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜(100mL容量)中。在180℃的烘箱中反应12h。反应完成后，通过离心收集沉淀物，用蒸馏水和乙醇洗涤几次，在60℃下干燥。获得深棕色碳微球模板。
2)前体C-Ce(OH)3和CeO2空心球的制备：在室温下通过化学共沉淀法合成前体C-Ce(OH)3。将0.4g Ce(NO3)3·6H2O和2g NH 4Ac 2·2H2O超声溶解在50mL蒸馏水中。在上述溶液中加入0.2g碳微球模板，并超声波直至其完全分散。将悬浮液转移至60℃恒温水浴中反应12h。通过离心收集深棕色产物，分别用纯水和乙醇洗涤数次，并在60℃的烘箱中干燥过夜。将制备的前体C-Ce(OH)3置于带盖的半封闭氧化铝坩埚中进行煅烧。将坩埚加热至450℃，加热速率为1℃min-1。进一步处理(去除碳微球模板)在450℃下进行30min。最后，获得浅黄色CeO2空心球。
3)BiOCl光催化剂的合成：通过水热法制备BiOCl催化剂。简而言之，在室温剧烈搅拌下将0.7438g KCl溶解在125ml蒸馏水中直至溶液完全溶解。随后，将4.8321g Bi(NO3)3·5H2O缓慢加入上述溶液中。将混合物溶液搅拌30min，然后倒入150mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中。使高压釜在自生压力下在180℃加热12h，然后冷却至室温。反应完成后，收集所得白色沉淀物并用蒸馏水和乙醇彻底洗涤，并在60℃下真空干燥12h。
4)空心CeO2@BiOCl复合光催化剂的合成：通过水热法合成BiOCl@CeO2。将0.485gBi(NO3)3·5H2O和0.1649g KCl超声溶解在30mL蒸馏水中。然后在室温下搅拌下将0.1gCeO2空心球混合到上述溶液中0.5h。将混合物最后倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在180℃的烘箱中反应12h。反应完成后，将所得固体产物离心并依次用蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后在60℃的烘箱中干燥约12h。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
1)本发明所用原料均为常用化学试剂，且来源广泛，价廉易得；
2)本发明制备工艺简单、对设备的要求较低，过程简易反应条件可控性强；
3)本发明利用碳微球做模版制得空心CeO2，再采用BiOCl的自组装功能负载在空心CeO2表面，使得能够更加有效的利用可见光，提高光催化效率。
附图说明
图1为(a)BiOCl，(b)CeO2和(c)实施例1制得BiOCl@CeO2样品的XRD图；
图2为实施例1制得BiOCl@CeO2样品的FESEM图；
图3为实施例1制得BiOCl@CeO2样品的TEM图以及局部放大图；
图4为CeO2，BiOCl和实施例1制得BiOCl@CeO2样品的紫外-可见漫反射光谱图；
图5为CeO2，BiOCl和实施例1制得BiOCl@CeO2样品在可见光(＞420nm)下光催化降解亚甲基蓝溶液(10mg/L)活性图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整的说明。附图中作为对比的BiOCl和CeO2的具体的制备方法分别为对比例1和对比例2。
实施例中所述室温通常为10～30℃。
实施例1
1)碳微球模版的制备：首先，在室温下将6g葡萄糖完全溶解在60mL蒸馏水中，然后将0.1g/ml葡萄糖溶液倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜(100mL容量)中。在180℃的烘箱中反应12h。反应完成后，通过离心收集沉淀物，用蒸馏水和乙醇洗涤几次，在60℃下干燥。获得深棕色碳微球模板。
2)前体C-Ce(OH)3和CeO2空心球的制备：在室温下通过化学共沉淀法合成前体C-Ce(OH)3。将0.4g Ce(NO3)3·6H2O和2g NH4Ac 2·2H2O超声溶解在50mL蒸馏水中。在上述溶液中加入0.2g碳微球模板，并超声波直至其完全分散。将悬浮液转移至60℃恒温水浴中反应12h。通过离心收集深棕色产物，分别用纯水和乙醇洗涤数次，并在60℃的烘箱中干燥过夜。将制备的前体C-Ce(OH)3置于带盖的半封闭氧化铝坩埚中进行煅烧。将坩埚加热至450℃，加热速率为1℃min-1。进一步处理(去除碳微球模板)在450℃下进行30min。最后，获得浅黄色CeO2空心球。
3)BiOCl光催化剂的合成：通过水热法制备BiOCl催化剂。简而言之，在室温剧烈搅拌下将0.7438g KCl溶解在125ml蒸馏水中直至溶液完全溶解。随后，将4.8321g Bi(NO3)3·5H2O缓慢加入上述溶液中。将混合物溶液搅拌30min，然后倒入150mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中。使高压釜在自生压力下在180℃加热12h，然后冷却至室温。反应完成后，收集所得白色沉淀物并用蒸馏水和乙醇彻底洗涤，并在60℃下真空干燥12h。
4)空心BiOCl@CeO2纳米复合光催化剂的合成：通过水热法合成BiOCl@CeO2。将0.485g Bi(NO3)3·5H2O和0.1649g KCl超声溶解在30mL蒸馏水中。然后在室温下搅拌下将0.1g CeO2空心球混合到上述溶液中0.5h。将混合物最后倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在180℃的烘箱中反应12h。反应完成后，将所得固体产物离心并依次用蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后在60℃的烘箱中干燥约12h。
本发明完成以后，发明人采取了以浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液作为降解对象来测试本发明提供的中空BiOCl@CeO2光催化剂的光催化性能。将100mg本发明提供的所述光催化剂投入100mL亚甲基蓝溶液中，在黑暗条件下吸附30min后，将混合的反应液移入水冷反应槽中进行光催化反应，采用500W的氙灯为反应光源，并用滤光片滤去波长小于420nm的紫外光部分。每隔一定时间收集4mL亚甲基蓝反应液，采用离心机进行固液分离，在664nm测量反应前后亚甲基蓝溶液的吸光度。测试结果表明，本发明提供的所述复合光催化剂较单一CeO2和BiOCl半导体具有更优异的可见光催化活性。见具体实施部分与说明书附图。
对比例1
通过水热法制备BiOCl催化剂。简而言之，在室温剧烈搅拌下将0.7438g KCl溶解在125ml蒸馏水中直至溶液完全溶解。随后，将4.8321g Bi(NO3)3·5H2O缓慢加入上述溶液中。将混合物溶液搅拌30min，然后倒入150mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中。使高压釜在自生压力下在180℃加热12h，然后冷却至室温。反应完成后，收集所得白色沉淀物并用蒸馏水和乙醇彻底洗涤，并在60℃下真空干燥12h。
对比例2
1)碳微球模版的制备：首先，在室温下将6g葡萄糖完全溶解在60mL蒸馏水中，然后将0.1g/ml葡萄糖溶液倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜(100mL容量)中。在180℃的烘箱中反应12h。反应完成后，通过离心收集沉淀物，用蒸馏水和乙醇洗涤几次，在60℃下干燥。获得深棕色碳微球模板。
2)前体C-Ce(OH)3和CeO2空心球的制备：在室温下通过化学共沉淀法合成前体C-Ce(OH)3。将0.4g Ce(NO3)3·6H2O和2g NH4Ac 2·2H2O超声溶解在50mL蒸馏水中。在上述溶液中加入0.2g碳微球模板，并超声波直至其完全分散。将悬浮液转移至60℃恒温水浴中反应12h。通过离心收集深棕色产物，分别用纯水和乙醇洗涤数次，并在60℃的烘箱中干燥过夜。将制备的前体C-Ce(OH)3置于带盖的半封闭氧化铝坩埚中进行煅烧。将坩埚加热至450℃，加热速率为1℃min-1。进一步处理(去除碳微球模板)在450℃下进行30min。最后，获得浅黄色CeO2空心球。
图1为实施例1制得光催化剂的X射线衍射图谱，与标准卡片对比可知，图谱中的衍射峰与CeO2(JCPDS No.34-0394)和四方相的BiOCl(JCPDS No.06-0249)标准图谱相吻合，且BiOCl@CeO2异质结的衍射图谱中不存在其他杂相。图2和图3分别为实施例1所制得CeO2@BiOCl的扫描电子显微镜照片和透射电镜扫描图，从图2可以看出制得的异质结催化剂呈现出花球状结构，在中空CeO2表面可观察到各种形状不规则的纳米片即为BiOCl纳米片，图3进一步证明了在大面积的BiOCl片状包裹着中空CeO2微球，表明成功合成中空BiOCl@CeO2异质结光催化剂。
图4表明CeO2@BiOCl光催化剂较单一BiOCl光催化剂具有更宽的光催化剂响应范围，且在可见光区域对可见光的吸收明显增强。说明CeO2的引入明显将光响应范围从紫外光区域拓展到可见光区域，大大提高了对太阳光的利用率。图5为CeO2，BiOCl和实施例1制得BiOCl@CeO2样品在可见光(＞420nm)下光催化降解亚甲基蓝(10mg/L)活性图。对比发现BiOCl@CeO2样品的光催化活性明显好于单一的CeO2和BiOCl，光照120min可完全降解10mg/L的亚甲基蓝水溶液，能够较大程度地改善BiOCl的光响应范围，吸附性能和光催化活性。
Claims (10)
1.一种中空BiOCl@CeO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)制备碳微球模版：浓度为0.1g/ml葡萄糖溶液倒入聚四氟乙烯衬里的100mL不锈钢高压釜中，置于烘箱内反应，随后离心收集沉淀物，用蒸馏水和乙醇洗涤后干燥，得碳微球模板备用；
2)制备前体C-Ce(OH)3：室温下通过化学共沉淀法合成前体C-Ce(OH)3，将0.4g Ce(NO3)3·6H2O和2g NH4Ac2·2H2O超声溶解在50mL蒸馏水中，随后加入0.2g碳微球模板，并行超声处理至完全分散，再将其转移至恒温水浴中反应，通过离心收集深棕色产物，用纯水和乙醇洗涤分别3次，并在烘箱中干燥过夜，得前体C-Ce(OH)3备用；
3)制备CeO2空心球：将前体C-Ce(OH)3置于带盖的半封闭氧化铝坩埚中煅烧，得CeO2空心球备用；
4)BiOCl光催化剂的合成：在室温剧烈搅拌下将0.7438g KCl溶解在125ml蒸馏水中直至溶液完全溶解，将4.8321g Bi(NO3)3·5H2O缓慢加入上述溶液中，混合溶液持续搅拌，结束后倒入150mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，使高压釜在自生压力下加热反应，随后自然冷却至室温，收集沉淀物并用蒸馏水和乙醇彻底洗涤，真空干燥，即得BiOCl光催化剂；
5)空心BiOCl@CeO2复合光催化剂的合成：将0.485g Bi(NO3)3·5H2O和0.1649g KCl超声溶解在30mL蒸馏水中，然后在室温下搅拌下将0.1g CeO2空心球混合到上述溶液中0.5h，再将混合物倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，再置于烘箱中反应，将所得固体产物离心并依次用蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后烘箱干燥，即得中空BiOCl@CeO2纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述烘箱温度为180℃，所述反应时间为12h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述干燥温度为60℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述恒温水浴温度为60℃，水浴加热12h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述烘箱温度为60℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述坩埚加热至450℃，加热速率为1℃min-1，加热时间为30min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)所述混合溶液持续搅拌时间为30min，所述高压釜加热反应温度为180℃，反应时间为12h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)所述真空干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5)所述烘箱中反应温度为180℃，反应时间为12h；所述烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
10.一种根据权利要求1～9所述任一制备方法制得的中空BiOCl@CeO2纳米复合材料。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111732121A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-02 | 济南大学 | 一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法 |
| CN112090438A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-12-18 | 苏州科技大学 | BiOCl/g-C3N4/CeO2三相光催化材料的合成方法 |
| CN113877608A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-01-04 | 盐城工学院 | 一种基于La2Ce2O7与BiOCl的光催化复合材料的制备方法与应用 |
| CN114042469A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-02-15 | 四川轻化工大学 | 碳酸氧铋基光催化材料的制备方法 |
| CN114146715A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-08 | 云南大学 | 一种异质结复合材料及其制备方法和应用 |
| CN116351438A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-06-30 | 齐鲁工业大学(山东省科学院) | 一种二氧化铈硫化铟光催化材料及其制备方法与应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106582726A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-04-26 | 南京大学 | 一种Bi4O5Br2中空球及以微乳液为模板的制备方法 |
| CN107308941A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-11-03 | 安徽星鑫化工科技有限公司 | 一种掺镍二氧化钛中空微球光催化剂制备方法 |
-
2019
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106582726A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-04-26 | 南京大学 | 一种Bi4O5Br2中空球及以微乳液为模板的制备方法 |
| CN107308941A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-11-03 | 安徽星鑫化工科技有限公司 | 一种掺镍二氧化钛中空微球光催化剂制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| SHUJUAN ZHANG ET AL.: "Preparation of novel BiOBr/CeO2 heterostructured photocatalysts and their enhanced photocatalytic activity", 《RSC ADVANCES》 * |
| XIAO-JU WEN ET AL.: "Highly enhanced visible light photocatalytic activity of CeO2 through fabricating a novel p–n junction BiOBr/CeO2", 《CATALYSIS COMMUNICATIONS》 * |
| XIAO-JU WEN ET AL.: "Novel p–n heterojunction BiOI/CeO2 photocatalyst for wider spectrum visible-light photocatalytic degradation of refractory pollutants", 《DALTON TRANSACTIONS》 * |
| 陈丰等: "以碳球为模板合成氧化铈纳米空心球", 《硅酸盐学报》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111732121A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-02 | 济南大学 | 一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法 |
| CN112090438A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-12-18 | 苏州科技大学 | BiOCl/g-C3N4/CeO2三相光催化材料的合成方法 |
| CN113877608A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-01-04 | 盐城工学院 | 一种基于La2Ce2O7与BiOCl的光催化复合材料的制备方法与应用 |
| CN114042469A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-02-15 | 四川轻化工大学 | 碳酸氧铋基光催化材料的制备方法 |
| CN114042469B (zh) * | 2021-12-02 | 2023-04-11 | 四川轻化工大学 | 碳酸氧铋基光催化材料的制备方法 |
| CN114146715A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-08 | 云南大学 | 一种异质结复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114146715B (zh) * | 2021-12-14 | 2023-01-31 | 云南大学 | 一种异质结复合材料及其制备方法和应用 |
| CN116351438A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-06-30 | 齐鲁工业大学(山东省科学院) | 一种二氧化铈硫化铟光催化材料及其制备方法与应用 |
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