一种超薄六边形BiO2-x片晶光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超薄六边形BiO2‑x片晶光催化剂及其制备方法，首先，将五水合硝酸铋溶解在硝酸溶液中；然后，加入氢氧化钠溶液调节体系pH值至14，搅拌均匀后，加入适量的次氯酸钠作为氧化剂；随后将混合溶液转移至高压反应釜中，在烘箱中反应一定时间；自然冷却后，经离心、洗涤、干燥得到深棕色粉末BiO2‑x；本发明专利技术通过简单的一步水热氧化过程，制备超薄六边形BiO2‑x光催化剂，具有良好的的结晶度；此外，所制备的光催化剂可以在全光谱下降解目标污染物，并具有优异的光催化性能；本发明专利技术是对现有技术一次扩展性的技术创新，具有很好的推广和应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄六边形BiO2-x片晶光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及光催化材料
，具体为一种超薄六边形BiO2-x片晶光催化剂及其制备方法。
技术介绍
光催化有机物降解作为一种绿色技术，可以有效地净化环境污染物(如工业废水、空气中甲醛、甲苯以及氨气等)，具有广阔的应用前景，引起了研究者的广泛关注。在过去的几十年中，传统的光催化剂如TiO2、ZnO等得到了快速的发展，但是这些材料只有在紫外光下才能响应。迄今为止，报道了诸多紫外或可见光响应的催化剂。但是，目前开发的光催化剂大多仅能在紫外或者可见光下响应，而占太阳能50%以上的近红外光却无法利用。在对于半导体光催化材料的研究中，铋系半导体光催化材料因具有独特的电子结构，优良的光吸收能力和较高的光催化性能，从而得到广泛的研究和开发。其中，(BiO)2CO3的应用较为广泛。专利公开号为CN102671683B中国专利文献公开了一种纳米片自组装C掺杂(BiO)2CO3微球可见光催化剂的制备方法。该方法制备的C掺杂(BiO)2CO3微球在可见光照射下具有一定的光催化活性。但是相比于纯(BiO)2CO3，C掺杂(BiO)2CO3微球对NO的去除率仅为42.5％。此方法制备C掺杂(BiO)2CO3对可见光吸收率低，并且材料表面的光生空穴与光生电子极易复合，使得(BiO)2CO3和C掺杂(BiO)2CO3的光催化活性较低，使用受限。为了克服以上技术的(BiO)2CO3在可见光条件下光催化活性较低的问题，专利公开号为CN108404948A公开了一种对可见光吸收强、光催化性能高的(BiO)2CO3-BiO2-x复合光催化剂；其复合BiO2-x提高了(BiO)2CO3对可见光的吸收，且抑制了光生电子和空穴在(BiO)2CO3的复合，从一定程度上提高了(BiO)2CO3的可见光催化性能，但是其厚度扔不是很理想，可控性不高。然而近年来，铋基氧化物由于其独特的二维(2D)结构、窄的带隙，得到研究者的广泛研究。报道的铋基材料(如BiOX(X=Cl,Br,I),Bi2SiO5,BiVO4、Bi2O3和Bi4Ti3O12)在可见光的辐照下均表现出良好的光催化活性。然而，具有高光催化性能的全光谱响应型2D铋基光催化剂，特别是在近红外光照射下能将O2活化成O2−的文献报道较少。此外，已经报道了大量的工作用于改善光催化剂的催化活性，如能带调控(掺杂金属、非金属，多元固溶体、缺陷态)、微纳工程(一维纳米材料、二维纳米材料、纳米晶、多级结构)、复合半导体等。其中，微纳工程可以缩短光生电子传输距离，抑制光生电子-空穴对的复合，有效地提高光催化剂的催化活性。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是如何提供一种超薄六边形BiO2-x片晶光催化剂的制备方法，采用简单的一步水热过程，将三价态的铋进行氧化，制备了富有氧缺陷的可近红外响应的BiO2-x超薄纳米片材料。与块体材料相比，这种超薄片状材料不仅包含大量不饱和配位的表面原子，暴露更多的活性位点，而且超薄的2D结构极大缩短了光生载流子在材料中的传输距离，有效地抑制了光生电子-空穴对的复合。此外，BiO2-x材料中，大量表面氧缺陷可以作为光生电子的捕获陷阱，促进光生载流子的分离。在对硝基酚、罗丹明B作为目标降解物的光催化净化实验中，BiO2-x光催化剂实现了紫外、可见以及近红外光的全光谱响应，表现出了优异的光催化降解性能，为全光谱响应光催化剂提供了一条可行性方案。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：一种超薄六边形BiO2-x片晶光催化剂，其特征在于，是通过铋盐、酸溶液、碱液、次氯酸钠调节溶液复配制成，其制备步骤如下：步骤1，称取铋盐溶于一定量的酸溶液中，在搅拌下加入适量的碱液调节pH至碱性；步骤2，随后加入适量的次氯酸钠调节溶液中的有效氯浓度，搅拌均匀后，置于高压反应釜中，在一定温度下反应一段时间；反应结束后，自然冷却，经离心、洗涤、干燥得到深棕色超薄BiO2-x片晶。作为优选，步骤1中铋盐为任何形式可溶于酸溶液的铋盐，课选择硝酸铋、氯化铋中的任意一种。作为优选，步骤1中酸溶液可选择硝酸、盐酸中的任意一种，具有抑制铋盐水解的酸。作为优选，步骤1中碱液的课选择强碱氢氧化钠、氢氧化钾中的任意一种，碱性浓度为pH>8，具体为pH=14。作为优选，步骤2中有效氯浓度为0.5%~14%，具体为2%。作为优选，步骤2中高压反应釜为任何材质、任何体积的高压反应容器。作为优选，步骤2中反应温度为100~300℃，反应时间为0.5~60h，具体为150℃，4h。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的一种超薄六边形BiO2-x片晶光催化剂的制备方法，操作简单，条件温和，可控性高。通过水热氧化过程一步制备超薄六边形BiO2-x纳米片光催化剂，该方法未有报道，在以有机污染物为目标降解物实验中，表现出了优异的全光谱光催化性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1为本专利技术实施例1制备的超薄六边形BiO2-x纳米片的X射线粉末衍射(XRD)图谱。图2为本专利技术实施例1制备的超薄六边形BiO2-x纳米片的透射电镜(TEM)照片；图3为本专利技术实施例1制备的超薄六边形BiO2-x纳米片的紫外-可见-近红外漫反射光谱(UV-Vis-NIRDRS)；图4为本专利技术实施例1所制备的超薄六边形BiO2-x纳米片在紫外可见近红外光辐照下，降解罗丹明B的紫外-可见吸收光谱图；图5为本专利技术不同实施案例所制备的超薄六边形BiO2-x纳米片在紫外可见近红外光辐照下的降解水中有机污染物(罗丹明B)实验性能图；图6为本专利技术实施例1所制备的超薄六边形BiO2-x纳米片在近红外光辐照下的降解水中有机污染物(对硝基酚、罗丹明B)实验性能图。具体实施方式请参阅图1-6所示，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1将2.000g五水合硝酸铋溶解于20mL硝酸溶液(4mol/L)中，在搅拌作用下，加入一定量的氢氧化钠(5mol/L)溶液，调节pH至14，随后加入10mL次氯酸钠(有效氯16%)，搅拌5min，在100mL高压反应釜中150oC恒温反应，保温4h；反应结束后，自然冷却，经离心、洗涤、干燥得到深棕色BiO2-x粉末。实施例2将2.000g五水合硝酸铋溶解于20mL硝酸溶液(4mol/L)中，在搅拌作用下，加入一定量的氢氧化钠(5mol/L)溶液，调节pH至14，随后加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄六边形BiO

【技术特征摘要】
1.一种超薄六边形BiO2-x片晶光催化剂及其制备方法，其特征在于，是通过铋盐、酸溶液、碱液、次氯酸钠调节溶液复配制成，其制备步骤如下：
步骤1，称取铋盐溶于一定量的酸溶液中，在搅拌下加入适量的碱液调节pH至碱性；
步骤2，随后加入适量的次氯酸钠调节溶液中的有效氯浓度，搅拌均匀后，置于高压反应釜中，在一定温度下反应一段时间；反应结束后，自然冷却，经离心、洗涤、干燥得到深棕色超薄BiO2-x片晶。


2.根据权利要求1所述的一种超薄六边形BiO2-x片晶光催化剂及其制备方法，其特征在于，步骤1中铋盐为任何形式可溶于酸溶液的铋盐，可选择硝酸铋、氯化铋中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的一种超薄六边形BiO2-x片晶光催化剂及其制备方法，其特征在于，步骤1中酸溶液的选择为硝酸、盐酸中的任意一种，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德亮，
申请(专利权)人：齐鲁理工学院，
类型：发明
国别省市：山东;37