一种蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料的制备方法。本发明专利技术采用超声化学技术和热处理两步工艺过程来制备蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料。先以可溶性铋盐、十六烷基三甲基溴化铵和去离子水为原料，经充分搅拌溶解后经“一锅”超声化学反应制得前驱体化合物；再将此前驱体化合物通过退火热处理，从而制得蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料。本发明专利技术蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料为中空分级结构，类似蛋壳状，无团聚、分散性好，开口端直径介于500～800nm，壳厚度约为20nm，表面有大量的孔隙，比表面积大。本发明专利技术不使用有机溶剂，过程清洁友好；所制得的纳米材料可用于可见光催化和抗菌等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料的制备方法
本专利技术属于无机功能材料的制备
，具体地说，是涉及一种蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料的制备方法。
技术介绍
纳米材料因其特有的功能和性质，在纳米光、电、磁等诸多领域都有着重要的作用。纳米材料的形态学结构、粒子大小与其物理化学性能密切相关，具有独特形貌结构的微纳米材料通常显示优越的物理化学性能，越来越受到人们高度重视。分级结构的中空微纳米结构材料因具有较大的比表面积、较低的密度、优良的渗透性和独特的光电及表面性能，一直是纳米材料科学研究热点之一。三元铋基卤氧化物(BiVOVIXVII，X＝Cl、Br、I)是一簇重要的半导体材料，在光热、光电、传感器、超导、太阳能电池、锂电池和光催化剂等方面都有着广泛的应用。由于铋基卤氧化物的半导体能级带宽一般介于2.1～2.9eV之间，具有可见响应性能，近年来作为可见光催化剂在降解污染物方面展现了优异的性能。除了BiOX化合物外，一些富氧贫卤的高阶化合物，如Bi12O15Cl6、Bi3O4Cl、Bi4O5Br2、Bi5O7I、Bi7O9I3和Bi24O31Br10等，因含有不同的元素化学计量比，有效的调节了半导体的能级带宽，因而体现了材料组成与结构调控的光、电等物理化学性能。传统上制备这些高阶不同化学计量比的三元卤氧铋化合物，都是在高温下通过气相沉积法制得的，温度通常高于600℃。气相沉积技术需要复杂精密且昂贵的仪器设备，有时在制备当中还使用一些有毒的气体如HBr等作为原料。就三元高阶富氧化合物Bi4O5Br2半导体材料而言，Keller等首先报道了其晶体结构，为单斜相，P21(4)空间群，晶胞参数为a＝14.539S4，b＝5.605S1，β＝97.75(7)°，Z＝4(KellerE.,KettererJ.，V.,ZeitschriftfürKristallographie,2001,216(11):595-599)；最近，Chen等采用水热技术制得了半导体Bi4O5Br2光催化剂，可见光催化实验表明催化剂具有优越的降解有机污染物结晶紫(CrystalViolet)染料的性能(Chen,H.L.,LeeW.W.,Chung,W.H.,Lin,H.P.,Chen,Y.J.,Jiang,Y.R.,Lin,W.Y.,Chen,C.C,JournaloftheTaiwanInstituteofChemicalEngineers,2014,inpress)。就文献调研，关于纯相的半导体Bi4O5Br2光催化剂的研究仍相当地匮乏，因此，发展一种简捷高效的可控制备纯相具有独特形态学结构的三元富氧化合物Bi4O5Br2半导体光催化剂依然是一挑战性工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前三元富氧化合物Bi4O5Br2纳米材料及其制备技术的严重不足，提供一种蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料的简捷制备方法，其工艺简单，原料易得，成本低，产量高，所制得的纳米材料在利用可见光或太阳光催化降解环境污染物方面具有巨大的应用前景。本专利技术的目的是通过如下技术方案来实现的。本专利技术的技术方案是采用超声化学技术和热处理两步工艺过程来制备多孔Bi4O5Br2纳米材料。其中超声化学过程是以可溶性铋盐、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和去离子水为原料，经充分搅拌溶解后经“一锅”超声化学反应，制得一种前驱体化合物(命名为BOBP)；再将此前驱体化合物BOBP通过退火处理，从而制得蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料。其具体工艺步骤说明如下：S1称取0.4mmol五水硝酸铋Bi(NO3)3·5H2O用去离子水搅拌水解成溶胶A；S2称取一定量的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)用去离子水配制成溶液B，五水硝酸铋与CTAB的摩尔比为1:1～1:2；S3再称取10mmol络合剂硫脲(Tu)用去离子水配制成溶液C；S4在搅拌情况下，依次将溶液B加入溶胶A到中，再将溶液C加入到A、B混合反应液中，溶液总体积为60mL，继续搅拌10分钟；S5将混合反应液转移到100mL的蓝盖玻璃瓶中，置于盛有自来水的超声波清洗器中，超声浴的温度设置在60～90℃之间，超声辐照时间控制在20～60分钟，反应结束后，取出自然冷却至室温，过滤沉淀物，分别用水和无水乙醇洗涤2～3次，将沉淀物置于温度为60℃烘箱中加热6～10小时，收集紫色产品即为前驱体BOBP；S6将前驱体BOBP在空气气氛中于温度在450～480℃之间的马弗炉中加热1～2小时，即得到本专利技术的蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料。上述技术方案中，所述的蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料为中空的分级结构，类似蛋壳状，无团聚、分散性好，端口直径介于500～800nm，壳厚度约为20nm，表面上存在大量的孔隙，有较大的比表面积。所述步骤S2中的五水硝酸铋与CTAB的摩尔比为1:1.375。所述步骤S5中的水浴温度为80℃；超声辐照时间为30分钟。所述步骤S6中的退火温度为460℃，加热时间为2小时。所述制备工艺设备简单，环境温度低，操作简便，重复性好；不采用有机溶剂，环境友好清洁；产品产率高，结晶性好；原料易得，成本低廉，适宜工业化生产。附图说明图1是本专利技术实施例1蛋壳状多孔Bi4O5Br2多孔纳米材料的X-射线粉末衍射分析(XRD)谱图；图2是本专利技术实施例1蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料的低倍场扫描电子显微镜(SEM)照片；图3是本专利技术实施例1蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料的高倍场扫描电子显微镜(SEM)照片；图4是本专利技术实施例1蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料的透射电子显微镜(TEM)照片。具体实施方式以下通过具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细完整的描述。以下的实施例是对本专利技术的进一步说明，而不限制本专利技术的范围。实施例1本专利技术的蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料采用超声化学技术和热处理两步工艺制备得到，其具体工艺步骤如下：S1称取1.940g五水硝酸铋Bi(NO3)3·5H2O用10mL去离子水搅拌水解成溶胶A；S2称取0.2001g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)用20mL去离子水配制成溶液B，五水硝酸铋与CTAB的摩尔比为1:1.375；S3再称取0.7612g硫脲(Tu)用30mL去离子水配制成溶液C；S4在搅拌情况下，依次将溶液B加入溶胶A到中，再将溶液C加入到A、B混合反应液中，继续搅拌10分钟；S5将混合反应液转移到100mL的蓝盖玻璃瓶中，置于盛有自来水的超声波清洗器中，超声浴的温度在80℃，超声辐照时间在30分钟，反应结束后，取出自然冷却至室温，过滤沉淀物，分别用水和无水乙醇洗涤2～3次，将沉淀物置于温度为60℃烘箱中加热8小时，收集紫色产品即为前驱体BOBP；S6将前驱体BOBP在空气气氛中于460℃马弗炉中加热2小时，即得到本专利技术的蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料。参见附图1，按实施例1所述的方法制得的蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料的X-射线粉末衍射分析(XRD)谱图。图中谱线峰位与JCPDF标准卡片(37-3699)的所有衍射晶面一一对应，均指示为单斜相的Bi4O5Br2晶体，空间群P21/4，晶格常数β＝97.6°。没有发现不纯的衍射峰，说明制得是纯净的Bi4O5Br2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料，其特征在于，纯相的三元化合物Bi4O5Br2纳米材料为中空分级结构，为蛋壳状，端口直径为500～800nm，壳厚度约为20nm，表面上分布大量孔隙。

【技术特征摘要】
1.一种蛋壳状多孔Bi4O5Br2纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1:称取0.4mmol五水硝酸铋用去离子水搅拌水解成溶胶A；S2:称取CTAB用去离子水配制成溶液B，五水硝酸铋与CTAB的摩尔比为1:1～1:2；S3:称取10mmol络合剂硫脲用去离子水配制成溶液C；S4:在搅拌情况下，先将溶液B加入溶胶A到中，再将溶液C加入到A、B混合反应液中，溶液总体积为60mL，继续搅拌10分钟；S5:将混合反应液转移到100mL的蓝盖玻璃瓶中，将蓝盖玻璃瓶置于超声波清洗器中，超声浴的温度设置为60～90℃，超声辐照时间控制在20～60分钟，反应结束后，取出自然冷却至室温，过滤沉淀物，分别用水和无水乙醇洗涤2～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓崇海，高雅，丁爱琴，董强，朱仁发，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34