一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法技术

一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，属于光催化技术领域。所述方法如下：在去离子水中加入的无机铋盐和分散剂，再加入结构导向剂，搅拌，形成A溶液；将卤化物溶于去离子水中，滴加到A溶液中，继续搅拌，然后倒入水热合成反应釜中反应，冷却，离心分离，沉淀水洗，干燥，得到超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂。本发明专利技术的优点是：通过加入结构导向剂和分散剂，调控形成的卤氧化铋固溶体纳米片的厚度，通过水热法合成超薄的卤氧化铋固溶体纳米片，进一步提高了光催化活性，制备的超薄卤氧化铋固溶体光催化剂具有高效的可见光催化活性；本发明专利技术的方法反应条件温和，所需设备简单，所需的药剂价格低廉，且安全无毒，适于规模生产。

Preparation of a two-dimensional super thin bismuth halide solid solution nanoscale photocatalyst

【技术实现步骤摘要】
一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法
本专利技术属于光催化
，具体涉及一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法。
技术介绍
随着现代工业、农业的发展，大量的有毒有害且难降解的有机污染物（如氯酚类、农药、内分泌干扰物等）进入水环境，威胁着人类的健康与生存。且这类物质是常规的水处理过程中难以去除和降解的。针对于这类污染物，半导体光催化氧化技术作为一种经济、安全、高效的高级氧化技术，引起了研究者们的广泛关注，该技术可以氧化水环境中的有机污染物，并将其最终降解为二氧化碳、水和无机离子等安全无毒的小分子物质，不存在二次污染，被认为是绿色环保的污染处理技术。近年来，二维纳米片光催化剂得到了相关研究人员的广泛关注。二维材料由于其具有比表面积大、厚度小等特点，使其反应位点可以与反应物充分接触，且光生载流子更易迁移到表面与反应物进行氧化还原反应，从而具有高效的光催化活性。更值得关注的是，当二维纳米片的厚度下降到几纳米尺度乃至于原子尺度时，由于大量的原子暴露在纳米片的表面，极易引起表面的晶格失序，从而形成大量的原子缺陷。这些缺陷可以有效地提高光催化剂的可见光吸收能力和光生载流子的分离效率，从而有效地提高了光催化活性。卤氧化铋是一种层状结构半导体，晶体结构是双X-（X=Cl、Br、I）离子层和Bi2O2层交替排列构成的层状结构，水热合成时极易形成二维纳米片形貌。但卤氧化铋作为光催化剂时，存在光生电子-空穴对易复合的缺点；而且单一结构的卤氧化铋，由于其本征半导体能带结构的限制，不能同时具有良好的可见光吸收能力和较强的氧化还原能力，导致其光催化效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前水体中，通过常规水处理方法难以去除持久性有机物的问题，提供一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，具体的是采用水热法，以铋盐、卤化物、分散剂、结构导向剂为原料，调节纳米片厚度，控制不同种卤化物的加入量，从而得到一系列不同比例、超薄的卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂，该种光催化剂具有高效的可见光催化活性，可有效降解污染物。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，所述方法具体步骤如下：步骤一：在5~30mL去离子水中加入无机铋盐和0.1g~0.6g分散剂，再加入5~30mL结构导向剂，搅拌30~60min，形成均一透明的A溶液；步骤二：将卤化物溶于5mL去离子水中，得到卤化物溶液，再将得到的卤化物溶液全部滴加到A溶液中，继续搅拌10~30min，然后倒入100mL以聚四氟乙烯为内衬的不锈钢水热合成反应釜中，在100~200℃温度下反应3~24h，自然冷却至室温；步骤三：将步骤二所得产物离心分离，离心转数10000r/min，离心时间3min，然后沉淀水洗3次，在50℃烘箱内干燥12h，得到超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：（1）本专利技术采用简单的水热法，通过同时加入多种卤化物，且控制多种卤化物加入的比例，来形成一系列不同比例的卤氧化铋固溶体结构，可以有效调控卤氧化铋能带结构的位置，使其同时具有良好的可见光吸收能力和较强的氧化还原能力。（2）通过加入结构导向剂和分散剂，调控形成的卤氧化铋固溶体纳米片的厚度，通过水热法合成超薄的卤氧化铋固溶体纳米片，进一步提高了光催化活性，制备的超薄卤氧化铋固溶体光催化剂具有高效的可见光催化活性。（3）本专利技术的方法反应条件温和，所需设备简单，所需的药剂价格低廉，且安全无毒，适于规模生产。（4）本专利技术利用结构导向剂和分散剂来协同调控固溶体纳米片的厚度，制备的超薄纳米片厚度更小，且光催化活性不仅对于降解染料有很好的活性，而且对于难降解的无色有机污染物也有极好的去除效果。附图说明图1为本专利技术制备的光催化剂的X射线衍射花样图；图2为本专利技术制备的光催化剂的透射电子显微镜照片；图3为本专利技术制备的光催化剂的原子力显微镜照片；图4为本专利技术制备的光催化剂的光催化性能测试图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。本专利技术的原理：本专利技术中的铋离子和卤素离子在水热环境下，会形成卤氧化铋纳米晶。当加入多种卤素离子并控制多种卤素离子之间的摩尔比例时，可以形成一系列的卤氧化铋固溶体。当加入结构导向剂和分散剂后，由于结构导向剂含有多个羟基，会吸附在卤氧化铋纳米晶的表面，使其沿某一晶面进行生长；同时分散剂的加入，可以抑制卤氧化铋纳米晶的堆叠和长大，从而形成了超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，所述方法具体步骤如下：步骤一：在5~30mL去离子水中加入无机铋盐和0.1g~0.6g分散剂，加入过程中不搅拌，避免铋盐水解，再加入5~30mL结构导向剂，搅拌30~60min，形成均一透明的A溶液；步骤二：将卤化物溶于5mL去离子水中，得到卤化物溶液，再将得到的卤化物溶液全部滴加到A溶液中，继续搅拌10~30min，然后倒入100mL以聚四氟乙烯为内衬的不锈钢水热合成反应釜中，在100~200℃温度下反应3~24h，自然冷却至室温；步骤三：将步骤二所得产物离心分离，离心转数10000r/min，离心时间3min，然后沉淀水洗3次，在50℃烘箱内干燥12h，得到一系列不同比例的超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂。具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，步骤一中，所述的无机铋盐为硝酸铋或氯化铋。具体实施方式三：具体实施方式一或二所述的一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，步骤二中，所述的卤化物为氯化物、溴化物或碘化物中的一种或几种，其中，所述的氯化物为氯化钠或氯化钾，所述的溴化物为溴化钠或溴化钾，所述的碘化物为碘化钠或碘化钾。具体实施方式四：具体实施方式一或二所述的一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，步骤一中，所述的无机铋盐浓度为0.01~0.1mol/L，且铋元素和卤素元素的摩尔比为1:1，当卤素元素为两种或三种时，相互之间的比例为任意比例。具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，步骤一中，所述的结构导向剂为含多羟基、可与水混溶的有机溶剂，具体为乙二醇或丙三醇。具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，步骤一中，所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或十六烷基三甲基溴化铵。实施例1：一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，制备方法为：在30mL去离子水中加入1mmol硝酸铋和0.4gPVP，这一过程中不搅拌，为了避免铋盐水解，再加入30mL甘油后，搅拌30~60min，形成A溶液；将总摩尔量为1mmol的溴化钠和碘化钾按不同的摩尔比例（100:0、95:5、85:15、75:25、50:50、0:100等）溶于5mL去离子水中，滴加入A溶液中，继续搅拌10~30min，然后倒入100mL以聚四氟乙烯为内衬的不锈钢水热合成反应釜中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：步骤一：在5~30 mL去离子水中加入无机铋盐和0.1 g~0.6 g 分散剂，再加入5~30mL结构导向剂，搅拌30~60min，形成均一透明的A溶液；步骤二：将卤化物溶于5mL去离子水中，得到卤化物溶液，再将得到的卤化物溶液全部滴加到A溶液中，继续搅拌10~30min，然后倒入100mL以聚四氟乙烯为内衬的不锈钢水热合成反应釜中，在100~200℃温度下反应3~24 h，自然冷却至室温；步骤三：将步骤二所得产物离心分离，离心转数10000r/min，离心时间3min，然后沉淀水洗3次，在50℃烘箱内干燥12 h，得到超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：步骤一：在5~30mL去离子水中加入无机铋盐和0.1g~0.6g分散剂，再加入5~30mL结构导向剂，搅拌30~60min，形成均一透明的A溶液；步骤二：将卤化物溶于5mL去离子水中，得到卤化物溶液，再将得到的卤化物溶液全部滴加到A溶液中，继续搅拌10~30min，然后倒入100mL以聚四氟乙烯为内衬的不锈钢水热合成反应釜中，在100~200℃温度下反应3~24h，自然冷却至室温；步骤三：将步骤二所得产物离心分离，离心转数10000r/min，离心时间3min，然后沉淀水洗3次，在50℃烘箱内干燥12h，得到超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种二维超薄卤氧化铋固溶体纳米片光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，王俏，崔福义，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23