一种四方晶相BiOBr向单斜晶相Bi4O5Br2的转变方法及其应用技术

本发明专利技术一种四方晶相BiOBr向单斜晶相Bi4O5Br2的转变方法及其应用，所述转变方法包括如下步骤：将溴离子源、聚乙烯亚胺和聚乙烯吡咯烷酮溶解于溶剂中混合，形成均一溶液A；将与铋盐溶解于溶剂中形成溶液B；向溶液B中加入溶液A形成前驱体溶液，搅拌后倒入反应釜中加热发生反应；将反应后的溶液冷却至室温，获得沉淀，所述沉淀经过洗涤、干燥后得到Bi4O5Br2。该方法反应温度低、流程少，操作工艺简单，反应条件温和，具备环境友好型的特点。本发明专利技术所制备的Bi4O5Br2纳米片具有更优的吸光效率，在光催化反应和光电转换过程中具有潜在应用。

A Method of Transition from Tetragonal BiOBr to Monoclinic Bi4O5Br2 and Its Application

The invention relates to a transformation method of tetragonal BiOBr to monoclinic Bi4O5Br2 and its application. The transformation method comprises the following steps: dissolving bromide ion source, polyvinylimide and polyvinylpyrrolidone in solvent to form homogeneous solution A; dissolving bismuth salt in solvent to form solution B; adding solution A to solution B to form precursor solution, and pouring reaction after stirring. Reaction occurs when heated in the kettle; the solution after reaction is cooled to room temperature to obtain precipitation, which is washed and dried to obtain Bi4O5Br2. The method has the characteristics of low reaction temperature, less process flow, simple operation process, mild reaction conditions and environmental friendliness. The Bi4O5Br2 nanosheet prepared by the invention has better absorption efficiency and has potential application in photocatalytic reaction and photoelectric conversion process.

【技术实现步骤摘要】
一种四方晶相BiOBr向单斜晶相Bi4O5Br2的转变方法及其应用
本专利技术涉及半导体材料领域，更具体地，涉及一种四方晶相BiOBr向单斜晶相Bi4O5Br2的转变方法及其应用。
技术介绍
卤氧化铋系列材料BiOX(X＝Cl，Br，I)具有特殊二维晶体结构([Bi2O2]2+层和双卤素原子层以范德华力结合，沿c轴方向交替排列)，易于调变的晶面、缺陷结构和能带结构等，表现出了较为理想的光催化降解有机污染物活性，在光催化太阳能燃料生产(如光催化分解水、二氧化碳还原)、重金属还原等方面也拥有广泛的应用前景。BiOBr半导体纳米片作为典型的四方晶系卤氧化铋材料，具有较窄的禁带宽度(约2.7eV)，在可见光区域有良好的吸收。且由于强烈的内电场作用和特殊的三明治结构，其在晶体生长过程中易于形成高暴露晶面的二维纳米片，形成高暴露(001)和(010)晶面的BiOBr纳米片。对比BiOBr半导体材料，另一种铋、氧富集的单斜晶系Bi4O5Br2半导体，具有更窄的禁带宽度(约2.3eV)和更负的导带和价带位置，具有更强的可见光吸收效率。而且，由于二维形貌的Bi4O5Br2半导体纳米片的载流子在二维平面内有较短的传递路径、具有良好的传递运输效率，在光催化降解环境中的有机污染物和光催化燃料产生方面显示出较高的光催化效率和广阔的应用前景。目前，很多专利和文献表明，反应过程中的pH调控是获得Bi4O5Br2半导体的关键。通常，以Bi(NO3)3·5H2O为铋离子源，通过添加NaOH或NH3·H2O来调节反应的pH值在10以上，在简单的水热或溶剂热条件下获得二维Bi4O5Br2半导体纳米片。但是，大量的碱性溶液在材料后期洗涤过程中加剧环境处理的负担，增加制备成本。因而，通过降低反应pH值，甚至在中性条件下，获得BiOBr纳米片向Bi4O5Br2转变的方法截至目前为止仍未见专利和文献报道。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是提供一种四方晶相BiOBr向单斜晶相Bi4O5Br2的转变方法及其应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种四方晶相BiOBr向单斜晶相Bi4O5Br2的转变方法，包括如下步骤：将溴离子源、聚乙烯亚胺和聚乙烯吡咯烷酮溶解于溶剂中混合，形成均一溶液A；将铋盐溶解于所述溶剂中形成溶液B；向溶液B中加入溶液A形成前驱体溶液，搅拌后倒入反应釜中加热发生反应；将反应后的溶液冷却至室温，获得沉淀，所述沉淀经过洗涤、干燥后得到Bi4O5Br2。在其中一个实施例中，所述溴离子源选自下列至少一种含溴物质：溴化钾和十六烷基三甲基溴化铵。在其中一个实施例中，所述铋盐选自下列至少一种含铋物质：硝酸铋和氧化铋。在其中一个实施例中，所述溶剂选自下列至少一种：水、乙二醇和丙三醇。在其中一个实施例中，所述聚乙烯亚胺为接枝聚乙烯亚胺，Mw＝10000；和/或，聚乙烯吡咯烷酮的Mw＝8000～12000。在其中一个实施例中，所述溴离子源和铋盐具有相同的摩尔量。在其中一个实施例中，所述溴离子源的浓度含量为0.5～1mmol，聚乙烯亚胺的添加量为0.25g，聚乙烯吡咯烷酮的添加量为0.5g。在其中一个实施例中，所述溴离子源的浓度含量为2～3mmol，聚乙烯吡咯烷酮的添加量为0.5g，聚乙烯亚胺的添加量不小于0.4g。在其中一个实施例中，在反应釜中加热的温度为180℃，反应时间为3～24h。本专利技术还提供了一种四方晶相BiOBr向单斜晶相Bi4O5Br2的转变方法制得的Bi4O5Br2在光催化中的应用。上述转变方法的反应原理是：向其中加入可质子化高分子聚乙烯亚胺，通过改变聚乙烯亚胺的浓度或加入Br-离子的浓度，来调控质子化聚乙烯亚胺与所形成BiOBr纳米片表面，以及其与溶液状态中的阴离子Br-和BiOBr晶体结构中的Br离子之间的相互作用，促使在弱酸性或中性条件下获得单斜晶相的Bi4O5Br2纳米片。与现有技术相比，本专利技术的积极效果体现在：(1)所形成质子化的聚乙烯亚胺不仅作为形貌调控剂，同时又可作为pH调节剂，加入不同浓度的聚乙烯亚胺，可使最终产物为BiOBr纳米片，也可驱使二维四方晶系BiOBr向单斜晶系的Bi4O5Br2纳米片进行转变；其次，该转变方法仅采用溶剂热或水热法，通过调节聚乙烯亚胺可质子化的程度，可使最终的产物停留在BiOBr/Bi4O5Br2复合晶相，形成异质结结构，提高可见光的吸收效率和载流子的分离效率，改善光催化剂的活性。(2)本专利技术所制备的四方晶相BiOBr或单斜晶系Bi4O5Br2具有多缺陷结构，可在光催化过程中载流子的分离和转移方面起有效作用。(3)该方法反应温度低、流程少，操作工艺简单，反应条件温和，具备环境友好型的特点。附图说明图1为聚乙烯亚胺不同浓度条件下的产物XRD图；图2为溴离子源不同浓度条件下的产物XRD图；图3中的(a)、(b)、(c)和(d)为溴离子源不同浓度条件下的产物扫描电镜图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是，本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。实施例1将2mmol的KBr与0.5g聚乙烯吡咯烷酮混合并溶解于50ml水溶液，形成溶液A；将2mmol硝酸铋溶解于20ml水中形成白色悬浊液B；在磁力搅拌机的作用下，将形成溶液A快速的倒入到溶液B中形成混合悬浊液，该悬浊液在磁力搅拌30min后，测定反应溶液的pH值并转移到体积为100ml的聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下反应3h；将反应后的反应釜冷却至室温后，所得的沉淀经过水、乙醇和丙酮洗涤，80℃干燥24h后，得到最终产物BOB-1。实施例2将2mmol的KBr、0.25g聚乙烯亚胺与0.5g聚乙烯吡咯烷酮混合并溶解于50ml水溶液，形成溶液A；将2mmol硝酸铋溶解于20ml水中形成白色悬浊液B；在磁力搅拌机的作用下，将形成溶液A快速的倒入到溶液B中形成混合悬浊液，所形成的悬浊液在磁力搅拌30min后，测定反应溶液的pH值并转移到体积为100ml的聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下反应3h；将反应后的反应釜冷却至室温后，所得的沉淀经过水、乙醇和丙酮洗涤、80℃干燥24h后，得到最终产物BOB-2。实施例3将2mmol的KBr、0.4g聚乙烯亚胺与0.5g聚乙烯吡咯烷酮混合并溶解于50ml水溶液，形成溶液A；将2mmol硝酸铋溶解于20ml水中形成白色悬浊液B；在磁力搅拌机的作用下，将形成溶液A快速的倒入到溶液B中形成混合悬浊液，所形成的悬浊液在磁力搅拌30min后，测定反应溶液的pH值并转移到体积为100ml的聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下反应3h；将反应后的反应釜冷却至室温后，所得的沉淀经过水、乙醇和丙酮洗涤、80℃干燥24h后，得到最终产物BOB-3。实施例4将2mmol的KBr、0.5g聚乙烯亚胺与0.5g聚乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四方晶相BiOBr向单斜晶相Bi4O5Br2的转变方法，其特征在于，包括如下步骤：将溴离子源、聚乙烯亚胺和聚乙烯吡咯烷酮溶解于溶剂中混合，形成均一溶液A；将铋盐溶解于所述溶剂中形成溶液B；向溶液B中加入溶液A形成前驱体溶液，搅拌后倒入反应釜中加热发生反应；将反应后的溶液冷却至室温，获得沉淀，所述沉淀经过洗涤、干燥后得到Bi4O5Br2。

【技术特征摘要】
1.一种四方晶相BiOBr向单斜晶相Bi4O5Br2的转变方法，其特征在于，包括如下步骤：将溴离子源、聚乙烯亚胺和聚乙烯吡咯烷酮溶解于溶剂中混合，形成均一溶液A；将铋盐溶解于所述溶剂中形成溶液B；向溶液B中加入溶液A形成前驱体溶液，搅拌后倒入反应釜中加热发生反应；将反应后的溶液冷却至室温，获得沉淀，所述沉淀经过洗涤、干燥后得到Bi4O5Br2。2.根据权利要求1所述的转变方法，其特征在于，所述溴离子源选自下列至少一种含溴物质：溴化钾和十六烷基三甲基溴化铵。3.根据权利要求1所述的转变方法，其特征在于，所述铋盐选自下列至少一种含铋物质：硝酸铋和氧化铋。4.根据权利要求1所述的转变方法，其特征在于，所述溶剂选自下列至少一种：水、乙二醇和丙三醇。5.根据权利要求1所述的转变方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴朝辉，吴敏，邱俊豪，潘跃，李泰戈，张世英，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43