一種二維結構的氧化鉍光催化劑制備方法技術

本發明專利技術屬新型催化劑領域，公開了一種二維結構的氧化鉍（Bi

【技術實現步驟摘要】
一種二維結構的氧化鉍光催化劑制備方法
本專利技術涉及新型催化劑領域，具體涉及一種二維結構的氧化鉍光催化劑制備方法。
技術介紹
采用半導體光催化技術治理環境污染日益受到重視。理論上只要激發光的能量大于半導體帶隙能值，就可以產生光生電子和空穴，該半導體就有可能用作光催化材料。但由于涉及到材料成本、化學穩定性、抗光腐蝕能力等多種因素，高效、實用的半導體光催化材料尚需深入研究。常見銳鈦礦相TiO2光催化劑的研究較多且深入，但其能帶隙較寬（Eg=3.2eV）只能吸收紫外光，太陽能利用率低，光量子效率較低，催化活性較低。因此，亟需研發具有高性能的可見光催化劑。鉍系化合物具有良好的光生載流子分離能力和可見光響應性能，與傳統塊體納米材料相比，二維半導體納米片可以有效改善電子遷移效率和表面能，保證有效的光吸收和對目標反應物的吸附，促進界面催化反應的發生，同時有利于光生電荷快速地從材料內部遷移至表面，確保體相電荷具有較高的分離效率。目前鮮見基于二維結構的氧化鉍光催化劑制備方法的相關報道。
技術實現思路
為研發高性能新型可見光氧化鉍光催化劑，本專利技術目的在于提供一種二維結構的氧化鉍納米片光催化劑的可控制備方法。為實現本專利技術目的，技術方案如下：本專利技術所述二維結構的氧化鉍光催化劑制備方法如下：（1）稱取聚醚放置于無水乙醇–乙二醇混合溶劑中，磁力攪拌后得到均勻聚醚的醇溶液；（2）將步驟（1）中得到的聚醚的醇溶液中加入羧酸，磁力攪拌使其溶解；（3）向步驟（2）得到的溶液中加入含鉍化合物，超聲并攪拌至完全溶解；（4）將步驟（3）所述溶液轉移到反應釜中，進行溶劑熱反應，再將反應產物分別用去離子水和乙醇洗滌，離心并干燥，得到氧化鉍納米片光催化劑。步驟（1）中所述聚醚選自PEO-PPO-PEO(p123)（Ma=5800）非離子表面活性劑，加入量為0.3~0.5g。步驟（1）中無水乙醇與乙二醇的體積比為2:1~4:1。步驟（2）中所述羧酸選自乙二酸和冰乙酸中的一種。步驟（2）中加入羧酸調節溶液的pH=4~5。步驟（3）中所述含鉍化合物為Bi(NO3)3·5H2O，加入量為2mmol，超聲分散0.5h，攪拌1h。步驟（4）中的溶劑熱反應條件為：將80ml溶液轉移入100ml反應釜中，反應溫度160~180℃，恒溫時間8~12h。步驟（4）中離心條件為：離心轉速為4000rpm，離心時間為5min，分別采用去離子水和無水乙醇各洗滌3次。干燥條件為：溫度為60℃，時間為24h。本專利技術原理或創新點：本專利技術提供一種新型二維結構的氧化鉍光催化劑制備方法。以硝酸鉍為前體物、乙二醇/乙醇混合溶液作為反應介質，用羧酸調節溶液的pH值，優選三嵌段化合物為氧化鉍半導體的形貌控制劑，采用溶劑熱法制備出高效的二維片狀結構的氧化鉍光催化劑。本專利技術通過合成條件的控制（模板劑、pH及溶劑），實現對二維氧化鉍納米片厚度的調控，相比目前氧化鉍的其它制備方法，具有更顯著的可見光催化活性和化學穩定性，適合于光催化領域的大規模應用；本專利技術光催化劑的原料易得、制備成本低廉，制備方法簡便，克服了現有技術中合成成本高、步驟繁瑣，不利于大量合成的技術難題。本專利技術優點：通過模板法制備納米片氧化鉍光催化劑，制備方法簡便，成本低，并且純度達99.8%以上，形貌均勻，分散性好，性能穩定。本專利技術制備的二維結構氧化鉍為片狀，太陽能利用率較高，量子效率較高，具有較高的光催化活性，可以應用于環境領域中催化有機污染物的降解。附圖說明圖1是本專利技術制備的氧化鉍材料的掃描電鏡形貌圖（SEM）（a）和透射電鏡圖（TEM）(b)。圖2是本專利技術制備的氧化鉍材料的X射線電子衍射圖像（XRD）。圖3是Bi2O3樣品的原子力顯微鏡及納米片厚度分布圖，其中，a,b--Bi2O3（溶劑熱+p123）、c,d--Bi2O3（溶劑熱）。圖4是本專利技術制備的氧化鉍材料作為光催化劑催化羅丹明B降解曲線圖。圖5是本專利技術制備的氧化鉍與氮化碳復合材料催化羅丹明B降解曲線圖。具體實施方式為對本專利技術進行更好地說明，實施例如下：實施例1在攪拌條件下，向80mL乙二醇與無水乙醇混合溶液中（兩者體積比例為2:1），加入0.5gP123，攪拌溶解，接著再加入2mmol的五水合硝酸鉍，攪拌并用草酸調節溶液的pH至4-5，攪拌1h得到混合溶液。將混合溶液轉移到高壓釜中，在160℃條件下保持8h進行溶劑熱反應。反應結束后，冷卻至室溫，離心取沉淀，用蒸餾水洗滌，在60℃條件下烘干24h，得到純度99.8%的氧化鉍納米材料。從材料的電子顯微鏡形貌圖（圖1）可以看出，氧化鉍呈納米片狀。實施例2在攪拌條件下，向80mL乙二醇與無水乙醇混合溶液中（兩者體積比例為4:1），加入0.3gEO20PO70EO20（Ma=5800），攪拌溶解，加入2mmol的五水合硝酸鉍，攪拌并用（冰乙酸調節溶液的pH至4-5，攪拌1h得到混合溶液。將混合溶液轉移到高壓釜中，在160℃條件下保持10h進行溶劑熱反應。反應結束后，冷卻至室溫，離心取沉淀，用蒸餾水洗滌，在60℃條件下烘干24h，得到99.8%的氧化鉍納米材料。從材料的電子顯微鏡形貌圖（圖1）可以看出，氧化鉍呈納米片狀。從材料的X射線電子衍射圖像（圖2）可以看出，材料為純β-相的氧化鉍。從材料的原子力顯微鏡（AFM）分析結果圖（圖3）可以看出，兩種方法制備的氧化鉍納米片層的厚度存在不同，本專利技術得到的氧化鉍更薄。應用例1光催化降解實驗中，溶液中羅丹明B（RhB）的吸收光譜使用紫外-可見分光光度計測量。利用吸光度的變化來衡量溶液中羅丹明B的濃度變化。繪制C/C0相對于時間t的曲線，其中C0為RhB的初始濃度，C為經過光照射一段時間t后測量的RhB濃度值。具體實驗步驟如下：稱取0.025g本專利技術制備的氧化鉍光催化劑。加入50mL、濃度為1×10-5mg/L的RhB溶液中，首先避光攪拌30min，然后在可見光照下進行反應，取樣間隔為20分鐘，離心分離后，取上層清液用分光光度計檢測。從圖4可以看出，材料的光催化活性顯著大于普通商用氧化鉍。光照反應120分鐘時，氧化鉍納米片可以催化降解70%以上的RhB，而普通商用氧化鉍僅催化降解15%左右。從研究結果發現，氧化鉍納米片的厚度與其光催化活性之間存在顯著的正相關性，且本專利技術所制備二維氧化鉍納米材料的光催化活性優于改性前的氧化鉍。本專利技術所制備的氧化鉍納米片與氮化碳復合形成的氮化碳/氧化鉍復合光催化劑的降解性能更加優異，在可見光照射下40分鐘，RhB的降解率達95%以上，見圖5。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種二維結構的氧化鉍光催化劑制備方法，其特征在于，通過如下步驟實現：/n（1）稱取聚醚放置于無水乙醇–乙二醇混合溶劑中，磁力攪拌后得到聚醚的醇溶液；/n（2）將步驟（1）中得到的聚醚的醇溶液中加入羧酸，并磁力攪拌使其溶解；/n（3）向步驟（2）所得到的溶液中加入含鉍化合物，超聲并攪拌至完全溶解；/n（4）將步驟（3）所述溶液轉移到反應釜中，進行溶劑熱反應，再將反應產物分別用去離子水和乙醇洗滌，離心并干燥，得到氧化鉍光催化劑；/n所述的含鉍化合物為Bi (NO

【技術特征摘要】
1.一種二維結構的氧化鉍光催化劑制備方法，其特征在于，通過如下步驟實現：
（1）稱取聚醚放置于無水乙醇–乙二醇混合溶劑中，磁力攪拌后得到聚醚的醇溶液；
（2）將步驟（1）中得到的聚醚的醇溶液中加入羧酸，并磁力攪拌使其溶解；
（3）向步驟（2）所得到的溶液中加入含鉍化合物，超聲并攪拌至完全溶解；
（4）將步驟（3）所述溶液轉移到反應釜中，進行溶劑熱反應，再將反應產物分別用去離子水和乙醇洗滌，離心并干燥，得到氧化鉍光催化劑；
所述的含鉍化合物為Bi(NO3)3·5H2O；
所述羧酸選自乙二酸、冰乙酸中的一種；
所述聚醚選自：聚環氧乙烷...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周建偉，王儲備，朵芳芳，賈春燕，周晨，
申請(專利權)人：新鄉學院，
類型：發明
國別省市：河南;41