CN112495403A - 一种BiOCl/Bi2O3光催化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
一种BiOCl/Bi2O3光催化材料及其制备方法和应用,包括基材和BiOCl/Bi2O3异质结纳米片结构，BiOCl/Bi2O3纳米片结构与基材之间通过化学键牢固锚定，BiOCl/Bi2O3纳米片结构以异质结形式存在，所述BiOCl/Bi2O3纳米片结构尺寸为0.5‑5μm,厚度为1‑30nm。通过在基材上构筑BiOCl/Bi2O3异质结纳米片结构，有效提升了光催化材料的催化性能，并有效解决了催化材料不可回收重复利用的难题。
Description
技术领域
本发明涉及光催化技术领域，特别涉及一种BiOCl/Bi2O3光催化材料及其制备方法和应用。
背景技术
基于半导体的光催化技术已经成为有效降解水污染的方法之一，较之其它方法(过滤、吸附和生物技术等)有如下优点：洁净无害，价格低廉，可以使用太阳光等。比如，TiO2、ZnO等半导体材料已经被应用于污水中污染物的光降解。但是，这些材料由于禁带宽度大(>3.0 eV)，只有利用太阳光中的紫外光，所以寻求高性可见光响应的催化剂是必然的趋势。
氯氧化铋(BiOCl)是禁带宽度为3.46eV的半导体，但是只能利用太阳光中的紫外光，限制了其实际应用。如何通过制备方法的改进来改善材料的形貌及结构，从而提高材料的光催化性能是本领域研究的重点。另外，光催化材料可回收重复利用也是本领域的研究重点。故本发明提供了一种可回收循环利用的高效光催化材料及其制备方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种BiOCl/ Bi2O3光催化材料及其制备方法和应用,通过在基材上构筑BiOCl/Bi2O3异质结纳米片结构，有效提升了光催化材料的催化性能，并有效解决了催化材料不可回收重复利用的难题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种BiOCl/Bi2O3光催化材料，包括基材和BiOCl/Bi2O3异质结纳米片结构，BiOCl/Bi2O3纳米片结构与基材之间通过化学键牢固锚定，BiOCl/ Bi2O3纳米片结构以异质结形式存在，所述BiOCl/ Bi2O3纳米片结构尺寸为0.5-5μm,厚度为1-30nm。
一种BiOCl/ Bi2O3光催化材料的制备方法，包括以下步骤；
a.将一定量的氯化钠溶解在含有硝酸铋的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A；
b.将溶液A转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中；
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在一定温度下，反应一定时间，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净；
d.将得到的基材浸入到含金属纳米颗粒的有机溶液中，超声一定时间后，转移到不锈钢反应釜中，在一定温度下反应一定时间后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后，再烘干，即可得到BiOCl/ Bi2O3光催化材料。
所述步骤a中氯化钠浓度为10-100mM。所述硝酸铋浓度为50- 200mM。
所述步骤c中反应温度为120-180℃，反应时间1-48h。
所述步骤c中基材为碳毡、碳布中的任何一种。
所述步骤d中金属纳米颗粒为Cu,Ag纳米粒子，所述金属纳米颗粒浓度为1-20mg/mL。
所述步骤d中有机溶剂为乙醇、乙二醇中的任意一种。
所述步骤d中所述反应温度为80-120℃，反应时间0.5-4h。
所述BiOCl/Bi2O3光催化材料用于光催化分解有机污染物及光催化还原CO2。
本发明的有益效果：
本发明制备工艺简便，光催化活性材料负载在基材上，无需粘结剂。制备成本低，不需要贵金属作为活性组分。
本发明中BiOCl/Bi2O3异质结内建电场能够有效促进光生电荷空穴分离，提高光催化效率。
本发明中BiOCl/Bi2O3异质结超薄纳米片结构具有高比表面积，与反应物充分接触，提高光催化反应速率，具有超强光催化能力的铋系光催化剂。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
a.将20mM的氯化钠溶解在含有50mM硝酸铋的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在160℃温度下，反应12h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将得到的基材浸入到含5mg/mL银纳米颗粒的乙醇溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在100℃温度下反应2h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后，再烘干，即可得到BiOCl/ Bi2O3光催化材料。
实施例2
a.将20mM的氯化钠溶解在含有100mM硝酸铋的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在160℃温度下，反应24h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将得到的基材浸入到含5mg/mL银纳米颗粒的乙醇溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在100℃温度下反应2h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后，再烘干，即可得到本发明光催化材料。
实施例3
a.将20mM的氯化钠溶解在含有100mM硝酸铋的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在180℃温度下，反应24h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将得到的基材浸入到含5mg/mL银纳米颗粒的乙醇溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在110℃温度下反应2h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后，再烘干，即可得到本发明光催化材料。
实施例4
a.将20mM的氯化钠溶解在含有100mM硝酸铋的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在160℃温度下，反应24h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将得到的基材浸入到含2mg/mL银纳米颗粒的乙醇溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在120℃温度下反应2h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后，再烘干，即可得到本发明光催化材料。
实施例5
a.将20mM的氯化钠溶解在含有50mM硝酸铋的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在120℃温度下，反应1h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将得到的基材浸入到含5mg/mL银纳米颗粒的乙醇溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在80℃温度下反应0.5h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后，再烘干，即可得到BiOCl/ Bi2O3光催化材料。
实施例6
a.将20mM的氯化钠溶解在含有50mM硝酸铋的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A。
b.溶液转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中。
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在180℃温度下，反应48h，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净。
d.将得到的基材浸入到含5mg/mL银纳米颗粒的乙醇溶液中，超声10min后，转移到不锈钢反应釜中，在120℃温度下反应4h后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后，再烘干，即可得到BiOCl/ Bi2O3光催化材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种BiOCl/Bi2O3光催化材料，其特征在于，包括基材和BiOCl/Bi2O3异质结纳米片结构，BiOCl/Bi2O3纳米片结构与基材之间通过化学键牢固锚定，BiOCl/ Bi2O3纳米片结构以异质结形式存在，所述BiOCl/ Bi2O3纳米片结构尺寸为0.5-5μm,厚度为1-30nm。
2.一种BiOCl/ Bi2O3光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
a.将一定量的氯化钠溶解在含有硝酸铋的去离子水溶液中，并搅拌均匀，得到溶液A；
b.将溶液A转移到不锈钢反应釜中，同时将经过处理的基材浸入溶液A中；
c.盛有溶液A和基材的反应釜放置在烘箱中，在一定温度下，反应一定时间，反应结束后取出基材并用去离子水和乙醇清洗干净；
d.将得到的基材浸入到含金属纳米颗粒的有机溶液中，超声一定时间后，转移到不锈钢反应釜中，在一定温度下反应一定时间后取出基材并用去离子水和乙醇清洗后，再烘干，即可得到BiOCl/ Bi2O3光催化材料。
3.根据权利要求2所述的一种BiOCl/ Bi2O3光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中氯化钠浓度为10-100mM。所述硝酸铋浓度为50-200mM。
4.根据权利要求2所述的一种BiOCl/ Bi2O3光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c中反应温度为120-180℃，反应时间1-48h。
5.根据权利要求2所述的一种BiOCl/ Bi2O3光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c中基材为碳毡、碳布中的任何一种。
6.根据权利要求2所述的一种BiOCl/ Bi2O3光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤d中金属纳米颗粒为Cu,Ag纳米粒子，所述金属纳米颗粒浓度为1-20mg/mL。
7.根据权利要求2所述的一种BiOCl/ Bi2O3光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤d中有机溶剂为乙醇、乙二醇中的任意一种。
8.根据权利要求2所述的一种BiOCl/ Bi2O3光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤d中所述反应温度为80-120℃，反应时间0.5-4h。
9.基于权利要求1-8所述任一项BiOCl/ Bi2O3光催化材料，其特征在于，所述BiOCl/Bi2O3光催化材料用于光催化分解有机污染物及光催化还原CO2。
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2020
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