專利名稱：一種可見光光催化材料及其制備方法
一種可見光光催化材料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，污水中有機(jī)污染物和致病微生物等的凈化處理，已經(jīng)成為人們所關(guān)心的棘手問題。然而傳統(tǒng)的消毒方法，如高壓滅菌和漂白處理，不可避免地消耗大量的能源或者產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物。作為一種替代方法，光催化氧化技術(shù)由于其具有充分利用太陽能且環(huán)境友好等許多無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，近年來受到廣泛關(guān)注?；诙趸伒漠愊喙獯呋呶Γ欢?，寬帶隙和低量子效率是制約其實(shí)際應(yīng)用的兩大瓶頸。為了更高效率地利用太陽能，擴(kuò)大光催化氧化在實(shí)際工程中的應(yīng)用，發(fā)展高效的可見光光催化材料有廣闊的前景。
眾所周知，由于結(jié)構(gòu)和性能的相互關(guān)系，無機(jī)材料的物理/化學(xué)性質(zhì)強(qiáng)烈依賴于它們的微觀結(jié)構(gòu)，例如顆粒尺寸，形貌，比表面積等。因此，設(shè)計(jì)合成出具有特殊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料體系可以調(diào)控材料的光催化性質(zhì)。合成可見光響應(yīng)的光催化劑可以通過以下兩種途徑(I)對(duì)紫外光響應(yīng)的光催化劑進(jìn)行化學(xué)修飾，例如C負(fù)載Ti02，B1-TiO2等；(2)研究開發(fā)新的穩(wěn)定可見光響應(yīng)的活性材料，例如InVO4, BiVO4, BiWO6等。氯氧化秘和碘氧化秘屬于V-V1-νπ族的三元化合物，且都具有良好的導(dǎo)電性、磁性、光學(xué)和熒光性能，其中碘氧化鉍是近些年來一類新型可見光響應(yīng)的半導(dǎo)體光催化材料。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，氯氧化鉍和碘氧化鉍的禁帶寬度分別為3. 5eV和1. SeV左右。如果將兩種材料復(fù)合形成氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在可見光的照射下，碘氧化鉍所激發(fā)出來的電子可以快速傳遞到氯氧化鉍表面，從而大大減小了光生電子與空穴的重組幾率，因此，相對(duì)于單相材料，氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)材料在可見光照射下表現(xiàn)出優(yōu)異的染料降解(羅丹明B，甲基橙)能力。專利號(hào)為CN201210082112. 7的中國專利，公開了一種多孔碘氧化鉍納米光催化劑的制備方法，主要是為了解決現(xiàn)有的碘氧化鉍在可見光區(qū)光降解性能差的技術(shù)問題，但是該方法制備過程繁瑣且使用了大量有機(jī)溶劑不利于大規(guī)模生產(chǎn)，而且此方法只是制備了比表面積稍大的碘氧化鉍，并沒有從根源上改變碘氧化鉍的光催化性能，提升的空間很有限。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有高催化活性和穩(wěn)定性的氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料及其制備方法。
本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的
一種可見光光催化材料，其特征是由氯氧化鉍和碘氧化鉍組成，氯氧化鉍所占摩爾比為15%-30%。
上述可見光光催化材料的制備方法，其特征是包括以下步驟
(I)制備氯氧化鉍將等物質(zhì)的量的五水硝酸鉍和氯化鉀在盛有去離子水的容器中混合，室溫下攪拌均勻后轉(zhuǎn)移到密閉的高壓反應(yīng)釜中；將反應(yīng)釜置于160°C下反應(yīng)12小時(shí)，再冷卻至室溫，將收集到的產(chǎn)物分別用去離子水和乙醇超聲清洗，然后干燥得到氯氧化秘樣品；
(2)制備碘氧化鉍將等物質(zhì)的量的五水硝酸鉍和碘化鉀在盛有去離子水的容器中混合，得到五水硝酸鉍和碘化鉀混合液；將混合液在室溫下攪拌均勻，密封后置于水浴鍋內(nèi)反應(yīng)2小時(shí)，再冷卻至室溫，將收集到的產(chǎn)物用水和乙醇清洗干凈，干燥得到碘氧化鉍樣品;
(3)將步驟(I)和步驟(2)中所制備的氯氧化鉍和碘氧化鉍于乙醇中充分混合后離心、干燥、研磨、煅燒，然后再冷卻、研磨，得到氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料的粉料。
上述可見光光催化材料的制備方法，其特征是其特征是步驟(I)中五水硝酸鉍、 氯化鉀的用量摩爾比為1:1 ;步驟(3)中氯氧化鉍、碘化鉀的用量摩爾比為1:5. 67^1:2. 33。
采用上述方案和工藝步驟，制備出的納米片狀氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化劑，納米片厚度大約為lOOnm。此方法制備工藝過程相對(duì)簡(jiǎn)單，條件易于控制，具有可大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。制備出的納米片狀氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)光催化劑具有良好的可見光吸收，顯著增大了光生載流子的分離，大大提高了材料的光催化性能。本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)的光催化材料光吸收性差和載流子復(fù)合效率高的問題，以及制備鹵氧化鉍系列納米材料的復(fù)雜化問題，提供了一種簡(jiǎn)單易行且成本低廉的制備方法。工藝過程簡(jiǎn)單、條件易于控制的水熱法、水浴法以及煅燒法相結(jié)合的手段來制備具有高催化活性和穩(wěn)定性的氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料。
具體實(shí)施方式
下面給出本發(fā)明的三個(gè)最佳實(shí)施例。
實(shí)施例一
(I)制備片狀結(jié)構(gòu)的氯氧化鉍稱取O. 5g五水硝酸鉍和O. 077g氯化鉀混合在盛有去離子水的燒杯中，然后將混合液在室溫下攪拌30min，最后轉(zhuǎn)移到25ml密閉的含聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，使反應(yīng)釜的填充體積為80%，將反應(yīng)釜置于160°C烘箱中反應(yīng) 12小時(shí)，冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物分別用去離子水和乙醇超聲清洗3次，然后在干燥得氯氧化秘樣品；
(2)制備碘氧化鉍稱取O. 5g五水硝酸鉍和O. 171g碘化鉀混合在盛有去離子水的燒杯中，將混合液在室溫下攪拌30min，用薄膜將燒杯封口，置于80°C水浴鍋內(nèi)反應(yīng)2小時(shí)， 冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物用水和乙醇分別洗3次，60°C下干燥得到碘氧化鉍樣品；
(3)制備氯氧化鉍/碘氧化鉍將實(shí)驗(yàn)步驟(1)(2)中所制備的氯氧化鉍O. 091g和碘氧化鉍O. 053g于乙醇中充分混合攪拌30min后離心、干燥、研磨，再至于馬弗爐中250°C 下煅燒3小時(shí)，然后再冷卻、研磨最終得到70%氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料。將O. 05g所制備的70%氯氧化秘/碘氧化秘異質(zhì)可見光光催化材料加入到10mg/L的甲基橙MO溶液中，用400W金鹵燈為光源，測(cè)試其對(duì)有機(jī)染料MO的光催化降解效果。當(dāng)氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料中氯氧化鉍占總物質(zhì)的量(氯氧化鉍與碘氧化鉍的總量)的比例為70%氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化劑在光催化降解甲基橙MO的過程中表現(xiàn)出的光催化性能要比純相的氯氧化鉍和空白的對(duì)比樣品好許多，4小時(shí)內(nèi)能將50mll0mg/L的甲基橙降解60%。
實(shí)施例二
(I)制備片狀結(jié)構(gòu)的氯氧化鉍稱取O. 5g五水硝酸鉍和O. 077g氯化鉀混合在盛有去離子水的燒杯中，然后將混合液在室溫下攪拌30min，最后轉(zhuǎn)移到25ml密閉的含聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，使反應(yīng)釜的填充體積為80%，將反應(yīng)釜置于160°C烘箱中反應(yīng) 12小時(shí)，冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物分別用去離子水和乙醇超聲清洗3次，然后在干燥得氯氧化秘樣品；
(2)制備碘氧化鉍稱取O. 5g五水硝酸鉍和O. 171g碘化鉀混合在盛有去離子水的燒杯中，將混合液在室溫下攪拌30min，用薄膜將燒杯封口，置于80°C水浴鍋內(nèi)反應(yīng)2小時(shí)， 冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物用水和乙醇分別洗3次，60°C下干燥得到碘氧化鉍樣品；
(3)制備氯氧化鉍/碘氧化鉍將實(shí)驗(yàn)步驟(1)(2)中所制備的氯氧化鉍O. 039g和碘氧化鉍O. 123g于乙醇中充分混合攪拌30min后離心、干燥、研磨，再至于馬弗爐中250°C 下煅燒3小時(shí)，然后再冷卻、研磨最終得到30%氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料。將O. 05g所制備的30%氯氧化秘/碘氧化秘異質(zhì)可見光光催化材料加入到10mg/L的甲基橙MO溶液中，用400W金鹵燈為光源，測(cè)試其對(duì)有機(jī)染料MO的光催化降解效果。當(dāng)氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料中氯氧化鉍占總物質(zhì)的量(氯氧化鉍與碘氧化鉍的總量)的比例為30%氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化劑在光催化降解甲基橙MO的過程中表現(xiàn)出的光催化性能要比純相的氯氧化鉍、純相的碘氧化鉍和空白的對(duì)比樣品都要好許多，4小時(shí)內(nèi)能將50mll0mg/L的甲基橙降解80%。
實(shí)施例三
(I)制備片狀結(jié)構(gòu)的氯氧化鉍稱取O. 5g五水硝酸鉍和O. 077g氯化鉀混合在盛有去離子水的燒杯中，然后將混合液在室溫下攪拌30min，最后轉(zhuǎn)移到25ml密閉的含聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，使反應(yīng)釜的填充體積為80%，將反應(yīng)釜置于160°C烘箱中反應(yīng) 12小時(shí)，冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物分別用去離子水和乙醇超聲清洗3次，然后在干燥得氯氧化秘樣品；
(2)制備碘氧化鉍稱取O. 5g五水硝酸鉍和O. 171g碘化鉀混合在盛有去離子水的燒杯中，將混合液在室溫下攪拌30min，用薄膜將燒杯封口，置于80°C水浴鍋內(nèi)反應(yīng)2小時(shí)， 冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物用水和乙醇分別洗3次，60°C下干燥得到碘氧化鉍樣品；
(3)制備氯氧化鉍/碘氧化鉍將實(shí)驗(yàn)步驟(1)(2)中所制備的氯氧化鉍O. 026g和碘氧化鉍O. 141g于乙醇中充分混合攪拌30min后離心、干燥、研磨，再至于馬弗爐中250°C 下煅燒3小時(shí)，然后再冷卻、研磨最終得到20%氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料。將O. 05g所制備的20%氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料加入到10mg/L的甲基橙MO溶液中，用400W金鹵燈為光源，測(cè)試其對(duì)有機(jī)染料MO的光催化降解效果。20% 氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化劑在光催化降解甲基橙MO的過程中表現(xiàn)出的光催化性能要比純相的氯氧化鉍、純相的碘氧化鉍和空白的對(duì)比樣品都要好許多，4小時(shí)內(nèi)能將 50mll0mg/L的甲基橙全部降解。說明當(dāng)氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料中氯氧化鉍占總物質(zhì)的量(氯氧化鉍與碘氧化鉍的總量)的比例為20%時(shí)復(fù)合出的異質(zhì)復(fù)合材料光催化降解效果最佳。
權(quán)利要求
1.一種可見光光催化材料，其特征是由氯氧化鉍和碘氧化鉍構(gòu)成，氯氧化鉍所占摩爾比為 15%-30%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可見光光催化材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 Cl)制備氯氧化鉍將五水硝酸鉍和氯化鉀在盛有去離子水的中混合，室溫?cái)嚢杈鶆蚝螅D(zhuǎn)移到密閉的高壓反應(yīng)釜中；將反應(yīng)釜置于160°C下反應(yīng)12小時(shí)，再冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物分別用去離子水和乙醇超聲清洗，然后干燥得到氯氧化鉍樣品； (2)制備碘氧化鉍將五水硝酸鉍和碘化鉀在盛有去離子水的容器中混合，得到五水硝酸鉍和碘化鉀混合液；將混合液在室溫下攪拌均勻，密封置于水浴鍋內(nèi)反應(yīng)2小時(shí)，再冷卻至室溫后，將收集到的產(chǎn)物用水和乙醇清洗干凈，干燥得到碘氧化鉍樣品； (3)將步驟(I)和步驟(2)中所制備的氯氧化鉍和碘氧化鉍于乙醇中充分混合后離心、干燥、研磨、煅燒，然后再冷卻、研磨，得到氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料的粉料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可見光光催化材料的制備方法，其特征是步驟(I)中五水硝酸鉍、氯化鉀的用量摩爾比為1:1 ;步驟(3)中氯氧化鉍、碘化鉀的用量摩爾比為1:5. 67 1:2. 33。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可見光光催化材料，其特征是氯氧化鉍所占摩爾比為20%。
全文摘要
本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可見光光催化材料及其制備方法。本發(fā)明由氯氧化鉍和碘氧化鉍構(gòu)成，其中氯氧化鉍所占摩爾比分別為15%-30%。在合成過程中分別采用水熱法和水浴法合成出片狀氯氧化鉍和碘氧化鉍，然后按比例分別于乙醇中充分混合后離心、干燥、研磨、煅燒，再冷卻、研磨得不同比例的氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)可見光光催化材料。本方法成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單易于控制。制備出的氯氧化鉍/碘氧化鉍異質(zhì)復(fù)合可見光光催化材料光生載流子分離效率高，大大提高了光利用率和材料的光催化性能，在降解甲基橙MO時(shí)表現(xiàn)出了優(yōu)良的催化性能。
文檔編號(hào)B01J27/06GK102974373SQ20121057214
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者樊唯鎦, 向禮, 趙興邦, 程秀鳳 申請(qǐng)人:山東大學(xué)