一种具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料及其制备与应用，制备主要包括（1）于26~28℃的条件下，将结构导向剂聚乙烯吡咯烷酮及铋源溶解在有机溶剂中；在剧烈搅拌下加入碘源，继续搅拌10~60 min；（2）将步骤（1）所得澄清溶液转入不锈钢高压反应釜中，有机溶剂调整填装量为60%~80%，140~180℃，进行晶化反应9~24 h；（3）冷却至室温，过滤得固体产物，对产物进行充分洗涤后于50~90℃，干燥8~24 h。制备得到的具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料可以作为有机染料的降解的光催化剂及催化剂载体，负载贵金属等形成异质结构的光催化材料。本发明专利技术的微米级的具有良好结晶度的三维片状结构BiOI，其具有较大的表面积和孔隙率，有利于活性的改善与传质速率的提高。

A three dimensional monolithic BiOI photocatalytic material with macro structure and its preparation and Application

The invention relates to a three-dimensional flake BiOI photocatalytic material with macro frame and its preparation and application. The preparation mainly comprises (1) dissolving the structure guiding agent polyvinylpyrrolidone and bismuth source in an organic solvent under the condition of 26~28 C; adding iodine source under violent agitation and stirring the 10~60 min; (2) step (1) the clarified solution is transferred into the stainless steel high pressure reactor and the organic solvent is adjusted and filled at 60%~80%, 140~180 C, and the crystallization reaction 9~24 h; (3) cooling to the room temperature, filtering the solid products, after the full washing of the products at 50~90, and drying 8~24 H. The prepared three-dimensional BiOI photocatalytic material with macro frame can be used as a photocatalyst and catalyst carrier for the degradation of organic dyes, and the heterogeneous structure of photocatalytic materials can be formed by loading precious metals. The micrometer scale of the invention has a good crystallinity of the three-dimensional slice structure BiOI, which has large surface area and porosity, which is beneficial to the improvement of the activity and the increase of mass transfer rate.

【技术实现步骤摘要】
一种具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料及其制备与应用
本专利技术涉及纳米光催化材料制备，尤其涉及一种具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料及其制备与应用。
技术介绍
BiOI间接带隙半导体，具有独特的内部电场以及合宜的禁带宽度（1.7-1.92eV），对690nm的光具有良好的响应，是一种新兴的可见光光催化材料。研究表明BiOI的粒径、形貌及结构对其光催化性能有显著的影响，因此BiOI的制备方法及应用研究引起了国内外物理、化学和材料科学工作者的极大兴趣。[ZhaiC,HuJ,SunM,etal.Twodimensionalvisible-light-activePt-BiOIphotoelectrocatalystforefficientethanoloxidationreactioninalkalinemedia[J].AppliedSurfaceScience,2017.]报道了一种二维纳米片BiOI（nanoplates）的制备方法，并研究了其光催化活性。[WangY,LinL,LiF,etal.EnhancedphotocatalyticbacteriostaticactivitytowardsEscherichiacoliusing3DhierarchicalmicrosphereBiOI/BiOBrundervisiblelightirradiation[J].Photochemical&PhotobiologicalSciences,2016,15(5):666-672.]报道了一种三维多级结构微球的合成方法，合成的多级结构微球在可见光下表现出优良的抑菌能力。目前，在BiOI材料制备和实际应用上所遇到的“瓶颈”问题是：合成的二维纳米片状BiOI容易堆积，导致裸露的外比表面积小，严重影响了其催化性能，不利于实际应用。因此，将BiOI纳米片整合成具有宏观构架的功能型光催化材料具有重要的科学意义和实用价值。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料及其制备与应用。一种具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料的制备方法，主要包括以下步骤：（1）于26~28℃的条件下，将结构导向剂聚乙烯吡咯烷酮及铋源溶解在有机溶剂中；在剧烈搅拌下加入碘源，继续搅拌10~60min；（2）将步骤（1）所得澄清溶液转入不锈钢高压反应釜中，有机溶剂调整填装量为60%~80%，140~180℃，进行晶化反应9~24h；（3）冷却至室温，过滤得固体产物，对产物进行充分洗涤后于50~90℃，干燥8~24h。本专利技术的有机溶剂在反应中除作为溶剂外，由于有机溶剂的黏度大、极性小，还可以有效降低反应物种的扩散速度，调控晶体的生长，从而调控形貌结构。本专利技术通过控制有机溶剂添加量来改变装填量调控釜内压力，影响母液的过饱和程度。釜内溶液填充量不同，势必造成上方气相体积的改变。在较高的反应温度下，釜内气体的分压、气相的组成将随初始填充量的不同而发生变化，从而引起母液组份浓度的改变，其结果会对晶体生长过程产生严重的影响，导致合成的晶体具有不同的结构和形貌。一般而言，在低于临界温度的溶剂热反应中，相同初始浓度、不同的初始填充度对应着不同的汽液平衡线，因此填充量相同、反应釜容量不同；反应釜容量相同，填充量不同，均对合成的材料的形貌、结构会产生直接的影响。本专利技术的结构导向剂为聚乙烯吡咯烷酮PVP（K-30），是一种具有两亲性的非离子聚合物，可作为表面活性剂稳定分散在极性溶剂的纳米粒子，也可作为封端试剂控制合成纳米粒子的大小和形状。在本专利技术中，PVP选择性地吸附在BiOI的某些面上，抑制了这些面的生长，能够调控样品的形貌、控制纳米片的厚度和间距。本专利技术中温度和时间的选择同样对结构的形成产生较大的影响。进一步的，所述的铋源、碘源的摩尔比为1：0.5~2。进一步的，所述的不锈钢高压反应釜内衬为聚四氟乙烯，容量为250mL；所述的有机溶剂的总用量为150~200mL。进一步的，所述的铋源包括五水合硝酸铋、碳酸氧铋、硫酸铋中的一种或者多种；所述的有机试剂包括乙二醇、乙二醇单甲醚、丙三醇中的一种或者多种；所述的碘源包括碘化钾、碘化钠、十六烷基三甲基碘化铵中的一种或者多种。进一步的，步骤（1）所述的搅拌速度为350~600r/min。进一步的，步骤（3）所述的洗涤为先用无水乙醇洗涤数次，再用去离子水洗涤数次。上述制备方法制备的具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料。上述具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料的应用，作为有机染料的降解的光催化剂。表现出良好的有机染料光降解效率。主要作用于罗丹明B等有机染料的光降解反应。也可以催化剂载体，负载贵金属等形成异质结构的光催化材料。与现有技术相比，本专利技术采用简单的溶剂热法，通过控制有机溶剂添加量来改变装填量调控釜内压力，影响母液的过饱和程度，并结合结构导向剂的选择及其反应温度和时间的合理控制，制备出一种微米级的具有良好结晶度的三维片状结构BiOI，其具有较大的表面积和孔隙率，有利于活性的改善与传质速率的提高。该材料在罗丹明B等有机染料光降解中表现出良好的性能，同时也可作为催化剂载体，负载贵金属等形成异质结构的光催化材料。另外本专利技术的制备方法合成路线便捷、简单高效，不会引入对环境造成污染的物质，绿色环保。附图说明图1为实施例1制备的具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料的X射线粉末衍射图；图2为实施例1制备的具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料的扫描电镜图；图3为实施例1制备的具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料的光催化降解性；图4为实施例4制备的球状BiOI的X射线粉末衍射图；图5为实施例4制备的球状BiOI的扫描电镜图；图6为实施例5制备的凹槽的球状BiOI的X射线粉末衍射图；图7为实施例5制备的凹槽的球状BiOI的扫描电镜图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。实施例1室温、磁力搅拌下（350~600r/s），将3.395g五水合硝酸铋（Bi(NO3)2·5H2O）和0.375g聚乙烯吡咯烷酮（K-30）溶于150mL乙二醇。再加入1.162g碘化钾（KI），持续搅拌30min。将上述溶液转入250mL的高压反应釜中，加入50mL乙二醇使装填量达到80%，放入160℃烘箱中保持12h。自然冷却，过滤，依次用乙醇、去离子水分别洗涤三次，所得固体样品在70℃，干燥12h。制备得到的宏观构架的三维片状BiOI光催化材料的XRD谱图如图1所示，10.34°，29.4°，31.4°，45.1°，和55.0°别对应BiOI晶体的(001)，(102)，(110)，(104)，(212)晶面，衍射峰尖锐且强度高，表示所合成的BiOI晶体的粒径大、结晶度较高。从宏观构架的三维片状BiOI光催化材料的SEM照片图2可以看出合成的BiOI材料呈现宏观构架的微米级三维片状，8-10μm，表面粗糙且具有较大的比表面积及孔隙率。罗丹明B溶液光降解反应，在暗箱中采用八位磁力搅拌器，用全石英玻璃反应试管作为反应容器，在反应器中心用500W氙灯模拟可见光光照，在灯源外部加装石英冷阱，带走热量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：（1）于26~28℃的条件下，将结构导向剂聚乙烯吡咯烷酮及铋源溶解在有机溶剂中；在剧烈搅拌下加入碘源，继续搅拌10~60 min；（2）将步骤（1）所得澄清溶液转入不锈钢高压反应釜中，有机溶剂调整填装量为60%~80%，140~180℃，进行晶化反应9~24 h；（3）冷却至室温，过滤得固体产物，对产物进行充分洗涤后于50~90℃，干燥8~24 h。

【技术特征摘要】
1.一种具有宏观构架的三维片状BiOI光催化材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：（1）于26~28℃的条件下，将结构导向剂聚乙烯吡咯烷酮及铋源溶解在有机溶剂中；在剧烈搅拌下加入碘源，继续搅拌10~60min；（2）将步骤（1）所得澄清溶液转入不锈钢高压反应釜中，有机溶剂调整填装量为60%~80%，140~180℃，进行晶化反应9~24h；（3）冷却至室温，过滤得固体产物，对产物进行充分洗涤后于50~90℃，干燥8~24h。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的铋源、碘源的摩尔比为1：0.5~2。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的不锈钢高压反应釜内衬为聚四氟乙烯，容量为250mL；所述的有机溶剂的总用量为150~200mL。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的铋源包...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋一兵，毕晖，张琛琛，胡代蓉，肖松涛，方奕文，鲁福身，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：广东,44