一种Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Bi4O5BrxI2‑x固溶体光催化剂的制备方法，属于光催化领域。本发明专利技术的方法为：在一定比例的混合溶剂中，通过调控溴化物和碘化物的摩尔比，采用一步溶剂热法得到了一系列不同比例的Bi4O5BrxI2‑x固溶体光催化材料，且表现出优异的可见光催化有机污染物活性。制备步骤为：以聚乙二醇和去离子水为溶剂，以硝酸铋、溴化物和碘化物为原料，并用氢氧化钠溶液调节溶液的pH值，控制卤素的投入量，通过简单的一步水热法得到富铋Bi4O5BrxI2‑x固溶体光催化剂。该方法工艺简单，避免了多步合成方法的冗杂，成本低廉，所制备的Bi4O5BrxI2‑x固溶体光催化剂具有较高的可见光催化活性。

Preparation of Bi4O5BrxI2-x solid solution photocatalyst

The invention discloses a preparation method of Bi4O5BrxI2_x solid solution photocatalyst, which belongs to the field of photocatalysis. The method of the invention is as follows: a series of Bi4O5BrxI2_x solid solution photocatalytic materials with different proportions are obtained by one-step solvothermal method through adjusting the molar ratio of bromide and iodide in a certain proportion of mixed solvents, and exhibit excellent visible photocatalytic activity for organic pollutants. The preparation steps are as follows: Bi-rich Bi4O5BrxI2_x solid solution photocatalyst is prepared by a simple one-step hydrothermal method using polyethylene glycol and deionized water as solvents, bismuth nitrate, bromide and iodide as raw materials, and sodium hydroxide solution as adjusting the pH value of the solution and controlling the input of halogen. This method is simple, avoids the complexity of multi-step synthesis method, and has low cost. The prepared Bi4O5BrxI2 x solid solution photocatalyst has high visible-light photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
一种Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂的制备方法，属于光催化领域。
技术介绍
由于人们过于追求经济发展速度而不具有强烈的环保意识因此导致不可再生能源的大量消耗和环境污染。太阳能作为一种绿色无污染可持续的能源，在现今这个资源相对匮乏的大背景下占领着重要的地位。光催化技术由于其可以将自然光和人工照明转化为可为人们所利用的化学能，也可以在光照条件下将被污染的水中的有机物分解成水和二氧化碳等无机小分子从而对污染物进行降解，因而引起人们的广泛关注。光催化剂BiOX因其特殊的层状结构，在光催化领域受到广泛关注。然而BiOX光催化材料对可见光的吸收有限，光生电子-空穴容易再结合，导致光催化效率较低。BiOX的导带(CB)底主要由Bi6p轨道组成，因此提高Bi含量可以使得CB边缘升高并降低带隙能量(Eg)，从而增强对可见高光的吸收；固溶体策略能够较精确调控带隙和带边位置，还可以调控载流子的分离和迁移性质，从而改善材料的光催化性能。富铋和固溶体策略相结合，既使带隙变窄，增强了光催化材料对可见光的吸收，同时又使价带位置升高，提高了光氧化能力。但目前已报道的关于Bi4O5BrxI2-x固溶体的合成方法较为复杂，多采用两步或多步法合成。其中，两步法大部分采用溶剂热或水热的方法先制备Bi4O5BrxI2-x前驱体，然后再通过水解的方法得到纯相Bi4O5BrxI2-x固溶体，该法的缺点在于形成的前驱体结构和成份难以确定，这将造成最终Bi4O5BrxI2-x中Br与I的含量难以控制。因此，需要寻找一种更简单、高效的合成方法来制备Bi4O5BrxI2-x固溶体。
技术实现思路
针对目前制备Bi4O5BrxI2-x固溶体的方法的步骤复杂的问题，本专利技术要解决的技术问题是简化制备Bi4O5BrxI2-x固溶体的工艺步骤并获得固溶体纯相。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：通过调控溴化物和碘化物的摩尔比，采用简单的一步溶剂热法制备出一系列Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂，该光催化剂带隙可调，在可见光下可以高效的降解有机污染物，且本专利技术方法工艺简单、成本低廉，合成的不同Br/I摩尔比的光催化剂光催化具有不同的光催化性能。进一步地，本专利技术提供的一种Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将水和聚乙二醇以体积比(0～1):1配制得到混合溶剂，加入硝酸铋，搅拌0.5～3h；(2)称取不同摩尔比的溴化物和碘化物溶于上述混合溶液，继续搅拌0.5～3h；(3)加入碱调节溶液pH值为10～11，继续搅拌直至形成均一的悬浮液；(4)将上述悬浮液转入反应釜中，在120～180℃下反应12～18h，将产物固液分离，干燥，即可制备得到一系列不同比例的Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂，其中x满足：0≤x≤2。在本专利技术的一种实施方式中，所述聚乙二醇为聚乙二醇200、聚乙二醇400中的一种。在本专利技术的一种实施方式中，所述硝酸铋的终浓度为0.03～0.1mol/L。在本专利技术的一种实施方式中，所述溴化物为溴化钾、溴化钠中的一种。在本专利技术的一种实施方式中，所述碘化物为碘化钾、碘化钠中的一种。在本专利技术的一种实施方式中，所述溴化物和碘化物的摩尔比不限，优选为1：1。在本专利技术的一种实施方式中，所述硝酸铋与溴化物和碘化物总和的摩尔比为1:1。在本专利技术的一种实施方式中，所述碱为氢氧化钠溶液。在本专利技术的一种实施方式中，所述氢氧化钠溶液的浓度为1～3mol·L-1。在本专利技术的一种实施方式中，所述反应釜为含聚四氟乙烯内胆的不锈钢高压反应釜。在本专利技术的一种实施方式中，所述干燥为50～80℃下干燥6～12h。在本专利技术的一种实施方式中，所述水优选为去离子水。本专利技术与现有技术相比，具有显著优点：(1)本专利技术采用简单的一步溶剂热法，通过在由聚乙二醇和水组成的混合溶剂中，调控溴化物和碘化物的摩尔比，得到了一系列不同Br/I比例的Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂，该合成方法工艺简单，易操作，避免了两步或多步合成方法的冗杂，成本低廉。(2)本专利技术所制备的Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂带隙可调，有效加快载流子的迁移速率，富铋和固溶体策略相结合既增强了对可见光吸收又提高了光氧化能力，且不同的Br/I摩尔比固溶体表现出不同的光催化活性。附图说明图1Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂的X-射线衍射花样；图2Bi4O5Br2、Bi4O5BrI、Bi4O5I2固溶体光催化剂的扫描电子显微镜照片，其中(a)Bi4O5Br2；(b)Bi4O5BrI；(c)Bi4O5I2；图3Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂的光催化性能对比；图4以去离子水为溶剂所制备Bi4O5BrI光催化剂的X-射线衍射花样；图5以丙三醇和去离子水为混合溶剂所制备Bi4O5BrI光催化剂的X-射线衍射花样。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合实例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不局限于下面所给出的实例。实施例1一种Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂的制备方法，其制备过程为：量取总体积为30mL的聚乙二醇400和去离子水按体积比1:0.2的比例至于烧杯中，称取2mmol的硝酸铋溶解于上述混合溶剂中，磁力搅拌0.5h；然后称取总量为2mmol的不同摩尔比(2:0，1.5:0.5，1:1，0.5:1.5，0:2)的溴化钾和碘化钠溶于上述混合溶液，继续搅拌1h；加入5.5mL的氢氧化钠溶液(1mol·L-1)调节溶液pH值到10.5，继续搅拌直至形成均一的悬浮液，然后转入50mL含聚四氟乙烯内胆的不锈钢高压反应釜中，于160℃下反应16h，将所得产物离心分离，并在60℃下干燥，得到一系列不同比例的Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂。对制备得到的Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂进行了X-射线衍射表征，如图1所示，当溴化钾和碘化钠的摩尔比为2:0时，得到的样品为Bi4O5Br2，衍射峰与标准卡片(JCPDSNo.97-041-2591)相匹配，当溴化钾和碘化钠的摩尔比为0:2时，得到的样品为纯相Bi4O5I2；当溴化钾和碘化钠的摩尔比为1.5:0.5、1:1、0.5:1.5时，Bi4O5BrxI2-x的衍射峰介于Bi4O5Br2和Bi4O5I2之间。结果表明利用本专利技术所述的合成方法成功得到了Bi4O5BrxI2-x固溶体。利用扫描电子显微镜对Bi4O5BrxI2-x固溶体的形貌进行了表征，如图2所示，其中，其中(a)为Bi4O5Br2；(b)为Bi4O5BrI；(c)为Bi4O5I2。可见，三个样品均呈现出规整的二维纳米片结构，其中，Bi4O5Br2表面光滑，厚度较薄；Bi4O5BrI的厚度与Bi4O5Br2相似；而Bi4O5I2厚度较厚。Bi4O5BrxI2-x固溶体的光催化性能是通过300W氙灯提供的可见光照射下降解苯酚溶液来衡量的，具体的实验过程如下：称取50mg光催化剂加入浓度为10mg/L的100mL苯酚溶液中，将配好的溶液置于暗处磁力搅拌30min使其达到吸附平衡，然后使其进行光催化反应，每隔10min取约4mL的溶液，通过离心分离出光催化剂，利用紫外分光光度计测量上清夜的吸光度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Bi4O5BrxI2‑x固溶体光催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将水和聚乙二醇以体积比(0～1):1配制得到混合溶剂，加入硝酸铋，搅拌0.5～3h；(2)称取不同摩尔比的溴化物和碘化物溶于上述混合溶液，继续搅拌0.5～3h；(3)加入碱调节溶液pH值为10～11，继续搅拌直至形成均一的悬浮液；(4)将上述悬浮液转入反应釜中，在120～180℃下反应12～18h，将产物固液分离，干燥，即可制备得到一系列不同比例的Bi4O5BrxI2‑x固溶体光催化剂，其中x满足：0≤x≤2。

【技术特征摘要】
1.一种Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将水和聚乙二醇以体积比(0～1):1配制得到混合溶剂，加入硝酸铋，搅拌0.5～3h；(2)称取不同摩尔比的溴化物和碘化物溶于上述混合溶液，继续搅拌0.5～3h；(3)加入碱调节溶液pH值为10～11，继续搅拌直至形成均一的悬浮液；(4)将上述悬浮液转入反应釜中，在120～180℃下反应12～18h，将产物固液分离，干燥，即可制备得到一系列不同比例的Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂，其中x满足：0≤x≤2。2.根据权利要求1所述的一种Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇为聚乙二醇200、聚乙二醇400中的一种。3.根据权利要求1或2所述的一种Bi4O5BrxI2-x固溶体光催化剂的制备方法，其特征在于，所述硝酸铋的终浓度为0.03～0.1mol/L。4.根据权利要求1～3任一所述的一种Bi4O5BrxI2-x固...

【专利技术属性】
技术研发人员：段芳，路姗姗，杨丽靖，杜明亮，陈明清，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32