一种TiO2 (B)-Bi5O7I光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种高活性、稳定的TiO2(B)‑Bi5O7I光催化剂及其制备方法：首先，准确称取一定量的Bi(NO3)3•5H2O，溶解于一定体积乙二醇（5‑25mL），搅拌后加入一定量的KI，继续搅拌后按一定质量比加入TiO2纳米带，搅拌10‑30min。其次，将此悬浮液转移至内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，加入磁力搅拌子，于油浴锅内，在一定温度下（80‑150oC）进行搅拌（500~1500rpm），溶剂热反应数小时，自然冷却至室温，用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，真空干燥。最后，将所得材料在空气环境中，于一定温度下焙烧。本发明专利技术的材料为TiO2(B)‑Bi5O7I，浅黄色粉末，带状结构，带宽100‑400nm，带长为1‑3μm，且在纳米带上构建了大小只有10‑30nm纳米片Bi5O7I。其可见光催化活性明显提高，稳定性显著。

A TiO2 (B) -Bi5O7I photocatalyst and its preparation method

The present invention presents a highly active and stable TiO2 (B) Bi5O7I photocatalyst and its preparation method. Firstly, a certain amount of Bi (NO3) 3 5H2O is accurately weighed, dissolved in a certain volume of ethylene glycol (5_25 mL), stirred with a certain amount of KI, and stirred with a certain mass ratio of TiO2 nanoribbon for 10_30 minutes. Secondly, the suspension was transferred to a high-pressure reactor lined with polytetrafluoroethylene (PTFE), and magnetic stirrer was added to the oil bath pot. The suspension was stirred (500-1500 rpm) at a certain temperature (80_150oC), and the solvent was heated for several hours. The suspension was naturally cooled to room temperature, washed several times with deionized water and anhydrous ethanol, and vacuum was applied. Dry. Finally, the material was roasted under certain temperature in the air environment. The material of the invention is titanium dioxide (B) Bi5O7I, light yellow powder, banded structure, band width 100_400 nm, band length 1_3 micron, and the size of nanosheet Bi5O7I with 10_30 nm is constructed on the nanoribbon. Its visible light photocatalytic activity is obviously improved and its stability is remarkable.

【技术实现步骤摘要】
一种TiO2(B)-Bi5O7I光催化剂及其制备方法
本专利技术属于半导体光催化剂领域，具体涉及一种高活性、稳定的TiO2(B)-Bi5O7I光催化剂及其制备方法。
技术介绍
TiO2光催化剂因其物理化学性质稳定、催化活性高、安全、无毒和价格低廉等优点，被广泛应用于污染物的光催化降解研究，是最有开发前途的绿色环保催化剂之一。然而，常规使用的二氧化钛纳米粉体常存在禁带宽度大（锐钛矿的带宽为3.2eV）、只能吸收波长小于387.5nm的紫外光，这部份的比例不到太阳光的4%、且光生载流子复合率高等问题，严重限制了其在环境治理领域的应用。为了解决这个问题，目前的研究主要集中在构建复合光催化异质结，使光生电子和空穴实现有效分离的同时，把光谱响应范围扩展至可见光应区（甚至是红外光）（1）。TiO2纳米带属于一维纳米材料，它不仅具有一维材料光生电荷定向迁移速率快、截流子复合率低、比表面积高、催化活性好和回收能力有所改善（相对于纳米颗粒）等优点外，其特殊的带状结构的宽表面是构建第二相纳米材料的最佳选择（2）。目前为止，已有少量文献把Ag（3）、Pt（2）4、AgO（5,6）、Sn3O4（7）、NiO（8）、Bi2WO6（9）和CeO2（10）等纳米粒子负载至锐钛矿二氧化钛纳米带上，制备了复合光催化异质结具有较好的可见光催化效果。但是，一方面该方向刚刚起步，且存在制备过程复杂或制备的复合材料稳定性较弱等问题，因此寻找合适的第二相窄禁带半导体，采用合适的方法控制其组合方式和形貌，使制备的异质结光催化剂在太阳光照射下，稳定高效去除环境中污染水是研究新热点。碘氧化铋是新近发展的可见光催化剂，可吸收390-760nm的可见光，是目前为止可见光催化活性最好的窄禁带半导体之一。但是，碘氧化铋存在严重的光腐蚀问题。本专利技术首次采用简单的溶剂热法将富氧型Bi5O7I窄禁带半导体（相对于BiOI，其催化活性更高）负载至更宽、更长的自制TiO2(B)纳米带上，形成新的光催化异质结，使Bi5O7I的可见光催化活性明显提高的同时，制备的复合材料的稳定性提高显著。文献[1]J.Low,J.Yu,M.Jaroniec,S.Wageh,A.A.Al-Ghamdi.Adv.Mater.29(2017)1601694-1601714.[2]X.Zhang,Y.Wang,B.Liu,Y.Sang,H.Liu.Appl.Catal.B:Environ.202(2017)620-641.[3]W.Zhou,G.Du,P.Hu,G.Li,D.Wang,H.Liu,J.Wang,R.I.Boughton,D.Liu,H.Jiang.J.Mater.Chem.21(2011)7937-7945.[4]D.Wang,W.Zhou,P.Hu,Y.Guan,L.Chen,J.Li,G.Wang,H.Liu,J.Wang,G.Cao,H.Jiang.J.ColloidInterfaceSci.388(2012)144-150.[5]W.Zhou,H.Liu,J.Wang,D.Liu,G.Du,J.Cui.ACSappl.Mater.&inter.2(2010)2385-2392.[6]W.Zhou,H.Liu,J.Wang,D.Liu,G.Du,S.Han,J.Lin,R.Wang.Phys.Chem.Chem.Phys.12(2010)15119-15123.[7]G.Chen,S.Ji,Y.Sang,S.Chang,Y.Wang,P.Hao,J.Claverie,H.Liu,G.Yu.Nanoscale7(2015)3117-3125.[8]J.Lin,J.Shen,R.Wang,J.Cui,W.Zhou,P.Hu,D.Liu,H.Liu,J.Wang,R.I.Boughton,Y.Yue.J.Mater.Chem.21(2011)5106-5113.[9]J.Tian,Y.Sang,G.Yu,H.Jiang,X.Mu,H.Liu.Adv.Mater.25(2013)5075-5080.[10]J.Tian,Y.Sang,Z.Zhao,W.Zhou,D.Wang,X.Kang,H.Liu,J.Wang,S.Chen,H.Cai,H.Huang.Small9(2013)3864-3872。
技术实现思路
本专利技术采用简单溶剂热法制备了一种超高活性的、稳定的TiO2(B)-Bi5O7I可见光催化剂，以水中存在的疏水性、高毒性内分泌干扰物为模型污染物，研究其可见光催化性能。结果显示制备的复合材料为带状结构，且在其表面构建了宽度约为10-30nm的纳米片第二相。相对于纯相Bi5O7I，新专利技术的TiO2(B)-Bi5O7I复合材料的可见光催化活性明显提升，稳定性显著。性状：所述的TiO2(B)-Bi5O7I属浅黄色粉末。图2为本专利技术制备的TiO2(B)-Bi5O7I光催化异质结的透射电镜（TEM）,从图中可知制备的复合材料为带状二氧化钛表面负载了小的纳米片，带宽100-400nm，带长为1-3μm，纳米片为Bi5O7I（图1），片层宽度约为10-30nm(图2c)。本专利技术的另一目的在于提供所述高活性、稳定的TiO2(B)-Bi5O7I光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：本专利技术中合成方法包括以下几个步骤：（1）第一步，溶剂热反应液的制备：准确称取一定量的Bi(NO3)3•5H2O（0.48-1.94g），溶解于一定体积乙二醇（5-25mL），搅拌5-10min，加入一定量的KI（0.16-0.66g），继续搅拌5-10min，然后按一定质量比加入TiO2纳米带（TiO2占产物TiO2(B)-Bi5O7I中的理论质量比为10-40wt%），搅拌10-30min。（2）第二步，溶剂热反应：转移（1）步制得的悬浮液至内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，加入磁力搅拌子，于油浴锅内，在一定温度下（80-150oC）进行搅拌（500~1500rpm），溶剂热反应数小时（5-18h），自然冷却至室温，用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次（3-5次），然后于一定温度（50-80oC）下真空干燥数小时(6-12h)。（3）第三步，焙烧热处理：将（2）中所得材料在空气环境中，于一定温度下（300-500oC）焙烧数小时(1-3h)。在专利技术所述TiO2(B)-Bi5O7I异质结光催化剂可用于在可见光照射下（500W氙灯，滤掉420nm波长以下的光）光催化去除疏水性强、高毒性的有机污染物，短时间内具有显著的去除效果。具体包括以下步骤：将TiO2(B)-Bi5O7I加入到含有目标污染物的水中，于暗处搅拌0.5-2h达到吸附解吸平衡，然后开启氙灯进行光催化降解实验0.5-2h，得到总的去除率，衡量所制材料的光催化效率。所述原料中所用的TiO2纳米带为自制的未焙烧处理的二氧化钛，制备方法见于申请专利技术的专利（201810532832.6）。所述的模型目标污染物为17-α-乙炔基雌二醇（EE2）内分泌干扰物。本专利技术的优点和效果：（1）本专利技术采用简单的溶剂热法在更长、更宽的带状TiO2(B)表面构建了大小只有10-30nm的富氧型碘氧化铋纳米片。（2）相对于纯相Bi5O7I，本专利技术制备的TiO2(B)-Bi5O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种高活性、稳定的TiO2 (B)‑Bi5O7I光催化剂及其制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1） 第一步，溶剂热反应液的制备：准确称取一定量的Bi(NO3)3•5H2O（0.48‑1.94g），溶解于一定体积乙二醇（5‑25 mL），搅拌5‑10 min，加入一定量的KI （0.16‑0.66 g），继续搅拌5‑10 min，然后按一定质量比加入TiO2纳米带（TiO2占产物TiO2(B)‑Bi5O7I中的理论质量比为10‑40wt%），搅拌10‑30 min；（2） 第二步，溶剂热反应：转移（1）步制得的悬浮液至内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，加入磁力搅拌子，于油浴锅内，在一定温度下（80‑150 oC）进行搅拌（500~1500rpm），溶剂热反应数小时（5‑18h），自然冷却至室温，用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次（3‑5次），然后于一定温度（50‑80 oC）下真空干燥数小时(6‑12 h)；（3）第三步，焙烧热处理：将（2）中所得材料在空气环境中，于一定温度下（300‑500 oC）焙烧数小时(1‑3h)；所述原料中所用的TiO2纳米带为自制的未焙烧处理的二氧化钛，制备方法见于申请专利技术的专利（201810532832.6）；所述的模型目标污染物为17‑α‑乙炔基雌二醇（EE2）内分泌干扰物。...

【技术特征摘要】
1.一种高活性、稳定的TiO2(B)-Bi5O7I光催化剂及其制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）第一步，溶剂热反应液的制备：准确称取一定量的Bi(NO3)3•5H2O（0.48-1.94g），溶解于一定体积乙二醇（5-25mL），搅拌5-10min，加入一定量的KI（0.16-0.66g），继续搅拌5-10min，然后按一定质量比加入TiO2纳米带（TiO2占产物TiO2(B)-Bi5O7I中的理论质量比为10-40wt%），搅拌10-30min；（2）第二步，溶剂热反应：转移（1）步制得的悬浮液至内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，加入磁力搅拌子，于油浴锅内，在一定温度下（80-150oC）进行搅拌（500~1500rpm），溶剂热反应数小时（5-...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗利军，夏丽红，石苗，谭伟，王红斌，杨敏，
申请(专利权)人：云南民族大学，
类型：发明
国别省市：云南,53