一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术属于发光和光催化材料技术领域，特别涉及一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法和应用。所述的制备方法包括如下步骤：将铋源、稀土离子源和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，搅拌混匀后加入含有氯源的水溶液，得到混合溶液进行水热(溶剂热)反应，反应完毕，降温，离心、干燥，退火，得Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料。本发明专利技术通过表面活性剂改性，使氯氧化铋纳米片厚度变薄，尺寸变小，分散性提高；通过退火使其析出金属Bi单质；通过稀土离子掺杂，使其在提高光催化性能的同时和具有发光性能，可以广泛应用于光催化、发光材料等领域，具有很高的实用价值。有很高的实用价值。有很高的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于发光和光催化材料
，特别涉及一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]半导体光催化是一种清洁能源的高效利用技术，在光催化降解污染物、CO2还原、水解制氢等方面具有广阔的应用前景，被认为是解决当前能源短缺和环境污染问题的有效手段之一。BiOCl是一种由V
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VI
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VII元素构成的层状半导体，在光学、电学、磁学和光催化等方面具有较好的性能，从而引起了广泛的关注与研究。但由于光谱响应范围窄、光生电子
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空穴对易复合，使其光催化效率受到限制。因此，开发具有高光生载流子分离效率、宽光谱响应、低成本的BiOCl基复合材料仍然是巨大的兴趣和挑战。
[0003]近年来，稀土离子掺杂已成为改善半导体材料光催化性能的有效方式之一。研究表明，掺杂稀土离子能够提供光生电子的浅势捕获陷阱，并提高电子分离及载流子转移效率，可降低电子
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空穴对的复合几率。然而，光响应范围窄仍然是制约其光催化效率的关键因素之一。
[0004]将具有表面等离子体共振效应(surface plasmon resonance,SPR)效应的贵金属(例如Au、Ag和Pt等)与半导体耦合构建异质结是同时拓展光响应范围和提高电荷分离效率的一种有效手段，但其昂贵的成本极大地限制了其实际应用。最近，研究发现金属铋(Bi)也表现出类似贵金属的SPR效应，有望成为贵金属表面等离子体的替代品。到目前为止，仅有少数文献如Applied Catalysis B:Environmental 225(2018)218
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227，Journal ofMaterials Chemistry A,2017,5,4894
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4903，Journal ofAlloys and Compounds 836(2020)155380报道了Bi金属纳米颗粒用于提高BiOCl的光催化活性，且Bi纳米颗粒的析出方式多为硼氢化钠还原，导致BiOCl光催化活性的提高有限。此外，利用Bi的SPR效应改性稀土离子发光性能的研究还未见报道。因此，发展新的方法，制备Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋复合材料，对于发展Bi系材料及其应用具有较好的研究意义与研究价值。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料及其制备方法和应用。本专利技术通过表面活性剂改性，使氯氧化铋纳米片厚度变薄，尺寸变小，分散性提高；通过退火使其析出金属Bi单质；通过稀土离子掺杂，使其在提高光催化性能的同时和具有发光性能，可以广泛应用于光催化、发光材料等领域，具有很高的实用价值。
[0006]本专利技术所述的一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]将铋源、稀土离子源和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，搅拌混匀后加入含有氯源
的水溶液，得到混合溶液进行水热(溶剂热)反应，反应完毕，降温，离心、干燥，退火，得Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料。
[0008]所述的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为30000～130000；所述的聚乙烯吡咯烷酮与铋源的质量比为0.1～2:1。
[0009]所述的铋源的质量与乙二醇体积比为0.1～3g:20～50mL。
[0010]所述的铋源为五水硝酸铋或碳酸铋或磷酸铋或硫酸铋或三氧化二铋；
[0011]所述的氯源为氯化钠或氯化钾或氯化钙或氯化铵或十六烷基三甲基氯化铵；所述的含有氯源的水溶液的浓度为0.5～5M。
[0012]所述的稀土离子源选自其硝酸盐或氯化物或氧化物；所述稀土离子为Eu
3+
或Dy
3+
或Tb
3+
。本专利技术中所述稀土离子源优选以水溶液的形式加入，浓度为0.5M。
[0013]以摩尔比计，Bi离子︰稀土离子︰氯离子的摩尔比＝0.994
‑
0.996：0.004
‑
0.006：1，优选的，Bi离子︰稀土离子︰氯离子的摩尔比＝0.995：0.005：1。
[0014]所述的水热反应温度为120℃～220℃，水热反应时间为6～36h。温度过小或反应时间短会造成反应不充分，材料结晶性能不好。温度过高或反应时间过长，会造成材料的团聚，影响材料性能
[0015]所述退火温度为450℃，空气氛围退火2h。
[0016]本专利技术中，稀土元素在材料中作为发光中心存在，不同稀土离子受激发后可发出不同的波长的光。本专利技术主要是利用金属Bi等离子共振效应提高材料的上转换发光和近红外光催化性能。
[0017]本专利技术是采用PVP，一方面是作为表面活性剂是使氯氧化铋纳米片厚度变薄，另一方面是，本专利技术采用方法水热反应完后不经去离子水和乙醇洗涤，离心烘干后进行退火，退火过程中残留的PVP产生CO，进而在材料表面原位还原出Bi单质。
[0018]采用本专利技术所述的制备方法制得的原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料可以作为光催化材料应用在降解有机染料、抗生素中，也可以作为发光材料应用于三维立体显示、RGB三基色打印、光学防伪、光学温度传感、生物成像、光动力治疗等领域。
[0019]本专利技术中具有以下优点：
[0020](1)Bi离子似贵金属的SPR效应可以吸收近红外光，在BiOCl上析出后利用Bi离子SPR效应的可有效拓宽BiOCl的吸收光谱。
[0021](2)相较于贵金属，Bi的价格相对低很多，且本专利技术是在BiOCl上原位析出金属Bi离子，进一步缩减了成本。
[0022](3)Bi离子SPR效应的可有效拓宽BiOCl的吸收光谱，且金属Bi离子电阻低，可作为光生载流子分离的载体，提高其分离效率，从而提高了光催化效率。
[0023](4)相较于采用硼氢化钠还原的方法，本专利技术采用退火的方式可进一步提高材料的结晶性，更有利于提高发光和催化性能。
附图说明
[0024]图1为实施例1和2制备的Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的X射线衍射图谱。
[0025]图2为实施例1和2制备的Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的紫外
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可见
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红外吸收光谱图。
[0026]图3为实施例1和2制备的Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料在313nm波长激光激发下的荧光发射光谱图。
[0027]图4为实施例1和2制备的Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料在近红外光照射下光降解亚甲基蓝效率图。
具体实施方式
[0028]实施例1
[0029]一种Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将铋源、稀土离子源和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，搅拌混匀后加入含有氯源的水溶液，得到混合溶液进行水热(溶剂热)反应，反应完毕，降温，离心、干燥，退火，得Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料。2.根据权利要求1所述的原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为30000～130000；所述的聚乙烯吡咯烷酮与铋源的质量比为0.1～2:1。3.根据权利要求1所述的原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法，其特征在于，所述的铋源的质量与乙二醇体积比为0.1～3g:20～50mL。4.根据权利要求1所述的Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法，其特征在于，所述的铋源为五水硝酸铋或碳酸铋或磷酸铋或硫酸铋或三氧化二铋；所述的稀土离子源选自其硝酸盐或氯化物或氧化物；所述稀土离子为Eu
3+
或Dy
3+
或Tb
3+
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【专利技术属性】
技术研发人员：李永进，马俊浩，董晓艺，曹浩渺，宋志国，尹兆益，邱建备，王齐，韩缙，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：