一種片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法，屬于光催化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的迅速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益突出。半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)因具有操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、能耗低及二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境治理領(lǐng)域備受關(guān)注。在眾多半導(dǎo)體光催化劑中，T12因具有高化學(xué)活性、強(qiáng)氧化能力，無毒及高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，成為理想的光催化劑材料之一。但是T12是一種寬禁帶半導(dǎo)體(銳鈦礦1102的Eg=3.2J)，僅能吸收利用太陽光中波長(zhǎng)小于387nm的紫外光，而紫外光在太陽光中比例大約為4%，對(duì)太陽光的利用率低。同時(shí)，光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴的復(fù)合率高，光量子效率差。這兩個(gè)瓶頸因素限制了它的實(shí)際應(yīng)用。因此，研發(fā)具備高效太陽光利用效率且高催化活性的T12是擴(kuò)大其在光催化氧化實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003]在T12的改性研宄中，窄帶隙半導(dǎo)體與寬禁帶半導(dǎo)體1102進(jìn)行復(fù)合是重要的研宄課題。B1Br作為一種新型的窄帶隙半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度僅為2.5eV左右，有利于在可見光下光電子的激發(fā)，光吸收范圍可覆蓋整個(gè)太陽光譜。并且B1Br具有高度各向異性獨(dú)特的開放式片層結(jié)構(gòu)，為原子極化和原子軌道極化提供了充足的空間，使空穴電子在層間避免迅速?gòu)?fù)合，有利于空穴-電子對(duì)的有效分離和電荷轉(zhuǎn)移。此外，B1Br是間接帶隙，當(dāng)電子被激發(fā)到導(dǎo)帶后，想重新回到價(jià)帶就必須穿過K層才能到達(dá)，這從能量的角度來講也有效減少光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合。因此B1Br是調(diào)控T12光催化能力的理想材料。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)(CN103908972A)公開了一種鹵氧化鉍/ 二氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法，制備的復(fù)合催化劑為二氧化鈦納米篩通過溶劑熱反應(yīng)表面沉積鹵氧化鉍，該方法耗時(shí)長(zhǎng)，且因?yàn)橹皇呛?jiǎn)單的沉積，鹵氧化鉍沉積很不均勻，后續(xù)處理過程繁瑣，因此，研發(fā)一種制備方法簡(jiǎn)單，鹵氧化鉍沉積均勻，光催化性能優(yōu)良的二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑，本發(fā)明利用巰基乙酸作連接劑，使溴氧化鉍均勻地沉積在二氧化鈦納米片表面，有利于改善其光催化性質(zhì)，太陽光利用率高且有效的解決了空穴電子對(duì)復(fù)合率高的問題，在催化領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0006]本發(fā)明還提供了一種片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，該方法操作制備工藝簡(jiǎn)單，制備所得復(fù)合光催化劑在可見光下展示出優(yōu)異的光催化性能。
[0007]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為:
本發(fā)明提供了一種片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑，其是由溴氧化鉍顆粒通過巰基乙酸沉積到二氧化鈦納米片表面形成納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述二氧化鈦納米片的平均尺寸為150nmX lOOnm，溴氧化秘沉積層的厚度為5-15 nm。
[0008]上述復(fù)合光催化劑采用以下方法制得:將二氧化鈦納米片與巰基乙酸、溴原料加入到去離子水中超聲分散充分混合，將硝酸鉍溶解于醇溶劑中，然后將兩種溶液混合，充分?jǐn)嚢韬箪o置3h，最后經(jīng)過離心分離洗滌得到片狀二氧化鈦/溴氧化鉍的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明中片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑的制備方法具體包括以下步驟:
(1)在醇溶劑中加入鈦源鈦酸四丁酯，然后加入誘導(dǎo)劑，攪拌均勻得到前驅(qū)體溶液；
(2)將前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)完畢后離心分離、洗滌，得二氧化鈦納米片；
(3)將二氧化鈦納米片與巰基乙酸、溴化鉀加入去離子水中，超聲分散30min，得到均勻透明溶液；
(4)將硝酸鉍溶于醇溶劑中，攪拌，將溶解后的硝酸鉍溶液加入到二氧化鈦納米片的均勻透明溶液中，在室溫下進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆虻娜榘咨闈嵋海?br> (5)將乳白色乳濁液在室溫下靜置3h，待結(jié)束后經(jīng)過離心分離洗滌得到片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑。
[0010]進(jìn)一步的，步驟(I)中，所述醇溶劑和鈦酸四丁酯的體積比為125:1，誘導(dǎo)劑同鈦酸四丁酯的體積比為4:1。
[0011]進(jìn)一步的，所述醇溶劑為異丙醇，誘導(dǎo)劑為氫氟酸。
[0012]進(jìn)一步的，步驟(2)中，所述溶劑熱反應(yīng)為在溫度為180° C條件下反應(yīng)20h。
[0013]進(jìn)一步的，步驟(3)中二氧化鈦納米片與巰基乙酸、溴化鉀的摩爾比為0.625-5:
0.01:1。
[0014]進(jìn)一步的，步驟(4)中，所述醇溶劑為乙二醇。
[0015]進(jìn)一步的，本發(fā)明中鉍源硝酸鉍溶液的濃度為1.5Χ 10_3-6.2Χ 10_3mol/L。
[0016]進(jìn)一步的，所述硝酸秘同二氧化鈦納米片的摩爾比為1:2-8 ;最為優(yōu)化的，硝酸秘同二氧化鈦納米片的摩爾比為1:2。
[0017]本發(fā)明制得的復(fù)合光催化劑由T12納米片和溴氧化鉍(B1Br)組成，制備過程簡(jiǎn)單，時(shí)間短，具有很強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性。片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑，與傳統(tǒng)方法相比，通過利用巰基乙酸可使溴氧化鉍在T12納米片上均勻分布，改善光催化效果。該產(chǎn)品在可見光下展示出優(yōu)異的光催化性能。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
(1)片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑，溴氧化鉍分布均勻，在可見光下展示出優(yōu)異的光催化活性，太陽光利用率高且有效的解決了空穴電子對(duì)復(fù)合率高的問題，在利用太陽能光催化降解有機(jī)污染物中具有潛在的實(shí)際應(yīng)用前景；
(2)本發(fā)明提供的制備方法簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為實(shí)施例1合成的二氧化鈦納米片的X射線的衍射(XRD)圖。
[0020]圖2為實(shí)施例1合成的片狀二氧化鈦的掃描電鏡(SEM)圖。
[0021 ]圖3為實(shí)施例1合成的片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑的X射線衍射(XRD)圖譜。
[0022]圖4為實(shí)施例1合成的片狀二氧化鈦/溴氧化鉍復(fù)合光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖。
[0023]圖5為效果實(shí)施例中不同光催化劑對(duì)羅丹明B的降解效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0025]實(shí)施例1
1.1將0.2mL的鈦酸四丁酯加到25mL異丙醇中，充分?jǐn)嚢枋蛊浠旌暇鶆?，然后緩慢的加?.SmL誘導(dǎo)劑氫氟酸，攪拌得到均勻的白色乳濁液，即前驅(qū)體溶液；
1.2將前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，于180。C的條件下反應(yīng)20 h，反應(yīng)完畢后離心分離、洗滌，得二氧化鈦納米片，圖1為二氧化鈦納米片的X射線衍射圖譜，圖2為所得二氧化鈦納米片的掃描電鏡圖。從圖1中可以看出，所得產(chǎn)品為銳鈦礦相二氧化鈦；從圖2中可以看出，該二氧化鈦納米片的平均尺寸為150nmX lOOnm，形貌均一；
1.3將0.02g 二氧化鈦納米片與0.05g KBr,0.004mmol巰基乙酸加入去離子水中，超聲分散30min，得到均勻透明溶液；
1.4將0.06g硝酸鉍溶于20ml乙二醇中，攪拌，將溶解后的硝酸鉍溶液加入到二氧化鈦納米片的均