一種高光催化活性碘酸氧鉍晶體的製備方法

2023-04-24 06:48:41

一種高光催化活性碘酸氧鉍晶體的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高光催化活性碘酸氧鉍晶體的製備方法，將硝酸鉍加入去離子水配成溶液，將碘酸鉀加入上述溶液中攪拌，然後轉移到帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，在150-160℃下反應5-12h，自然冷卻後，抽濾分離、洗滌、乾燥得產物。本發明製得的晶體由很薄的納米片組成，具有層狀結構和內在的極化場，具有較高的光生電子和空穴分離能力，具有優異的光催化活性，能有效地降解有機汙染物。
【專利說明】一種高光催化活性碘酸氧鉍晶體的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高光催化活性碘酸氧鉍晶體的製備，特別涉及一種內建電場促進光生載流子分離碘酸氧鉍晶體的製備方法，可用於可見光降解有機汙染物的環保【技術領域】。
【背景技術】
[0002]半導體光催化劑在新能源的開發和有機汙染物的治理等領域發揮著重要的作用，光催化技術也越來越得到人們的重視。光催化材料可以吸收太陽能，將太陽能轉化成化學能，來降解有機物，還原二氧化碳以及分解水產氫。然而，光催化技術的實際應用仍然受到量子產率的限制，光照產生的電子和空穴迅速複合，導致了較低的量子效率，這也是目前制約光催化發展的重要因素。碘酸氧鉍是一種非線性光學材料，其獨特的層狀結構和規則排列的碘酸根基團使其具有很強的極化場。在電場中，電子和空穴是向著相反的方向移動的。碘酸氧鉍的層狀結構和極化場可以促進光生載流子的分離，提高量子效率，首次被應用在光催化領域，具有優異的光催化性質，具有重要的實際應用意義。
[0003]提高量子效率是近幾年光催化領域裡的一個研究熱點。異質結複合材料以及貴金屬等離子體效應可以提高載流子分離效率，因而受到了廣泛的研究。但是複合材料製備複雜，穩定性差，貴金屬成本較高，限制了其在實際中的應用。因此，用簡單低成本的實驗方法合成出具有極化場 的碘酸氧鉍晶體有重要的實際應用意義。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種高光催化活性碘酸氧鉍晶體的製備方法，該方法可製備具有優異的光催化活性的晶體。
[0005]本發明採取的技術方案為:
[0006]一種高光催化活性碘酸氧鉍晶體的製備方法，包括步驟如下:
[0007](I)將硝酸鉍加入去離子水配成濃度範圍為0.010-0.015mol/L的溶液，攪拌；
[0008](2)將碘酸鉀加入上述溶液中，碘酸鉀與硝酸鉍的質量比0.3-0.5:1，攪拌8-10min ；
[0009](3)將上述混合溶液轉移到帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，在150_160°C下反應5-12h，自然冷卻後，抽濾分離、洗滌、乾燥得產物。
[0010]上述製備方法中步驟(2 )碘酸鉀與硝酸鉍的質量比優選0.4-0.5:1，步驟(3 )所述的反應優選150°C下反應5小時。
[0011]本發明製得的晶體由很薄的納米片組成，具有層狀結構和內在的極化場，具有較高的光生電子和空穴分離能力，具有優異的光催化活性，能有效地降解有機汙染物。
[0012]對本發明提出的光催化活性的測試可用如下的方法進行:
[0013]光催化測試在玻璃燒杯中(橫斷面30cm2，高5cm)常溫常壓下進行。光源選用300W氙燈。用甲基橙來評價樣品的光催化活性。稱取0.1g樣品分散在IOOmL甲基橙溶液中(20mg/L)。光催化反應測試前，避光磁力攪拌30min使甲基橙在催化劑表面達到吸附平衡，開始光照後每隔3min取樣5mL，離心分離，取上清液用紫外可見分光光度計測量吸光度。作為對比，P25、碳酸氧鉍、鉍氧氯、鉍氧溴、鉍氧碘在同等實驗條件下進行了光催化活性測試。
[0014]經光催化測試，碘酸氧鉍晶體可在12min將甲基橙降解完，P25在12min將甲基橙降解31%，碳酸氧鉍在12min將甲基橙降解2%，鉍氧氯在12min將甲基橙降解10%，鉍氧溴在12min將甲基橙降解15%，鉍氧碘在12min將甲基橙降解16%。可見碘酸氧鉍晶體在光催化應用上與其他層狀非極性化合物相比具有較高的活性。
[0015]本發明的碘酸氧鉍晶體及其光催化活性有以下優點:
[0016](I)合成方法和實驗步驟簡單，製備產率高，可大量製備；
[0017](2)碘酸氧鉍晶體獨特的層狀結構使碘酸根層有序排列，形成較強的極化場；
[0018](3)碘酸氧鉍晶體內在的極化場使光生電子和空穴向相反方向移動，抑制了載流子的複合，提聞了光催化效率；
[0019](4)與P25及其他 層狀非極性化合物相比，碘酸氧鉍具有較高的光催化活性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例1產物的X射線圖；
[0021 ] 圖2為本發明實施例1產物的TEM圖；
[0022]圖3為本發明實施例1產物的光催化降解圖；
[0023]圖4為本發明實施例1產物的光催化降解機理圖；
[0024]圖5為本發明實施例2產物的X射線圖；
[0025]圖6為本發明實施例2產物的SEM圖。
【具體實施方式】:
[0026]實施例1
[0027]量取80mL去離子水加入到燒杯中，稱取0.485g五水硝酸鉍加入到上述溶液，不斷攪拌使硝酸鉍充分地分散到水中，水解生成硝酸氧鉍，形成均勻的懸濁液，隨後將0.214g碘酸鉀加入上述溶液中，不斷攪拌形成均勻的乳白色溶液。將混合物放入容積為IOOmL帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，在150°C反應5小時，自然冷卻至室溫，用抽濾方法分離樣品，並用去離子水和五水乙醇分別清洗樣品3次，乾燥，得到產物碘酸氧鉍晶體。
[0028]附圖1 (黑)為本實施例所得產物的X射線衍射圖，由圖可知，該產物各衍射峰均為正交相的碘酸氧鉍，無雜峰且衍射峰較強，說明產物為純的正交相碘酸氧鉍。降解甲基橙後的X射線衍射圖(紅)並無變化，表明碘酸氧鉍具有良好的穩定性。附圖2為本實施例所得產物的TEM圖(a)，由圖可知晶體由納米片組成，顆粒的尺寸在300-500納米左右。從HRTEM圖(b)可以看出晶格間距為0.324nm，與碘酸氧鉍晶體的(121)晶面相匹配。附圖3為本實施例所得產物光催化降解甲基橙以及與P25光催化活性對比圖。由圖可知碘酸氧鉍晶體可在12min將甲基橙降解完，P25在12min將甲基橙降解31%，碘酸氧鉍的光催化活性比P25要高得多。附圖4為本實施例所得產物的光催化降解機理圖，由圖可知，內在的極化場促進了光生電子和空穴的分離，光氧化反應發生在表面的IO3層上，而光還原則發生在Bi2O4層暴露的納米片的邊緣。[0029]以上的檢測和分析綜合地證明了本實施例得到的產物是正交相的碘酸氧鉍納米片晶體。採用本發明方法製備的碘酸氧鉍晶體具有高效的光催化活性，內在的極化場可以有效地促進光生載流子的分離，在光催化降解有機汙染物領域得到了有效地應用。
[0030]實施例2
[0031]量取80mL去離子水加入到燒杯中，稱取0.485g五水硝酸鉍加入到上述溶液，不斷攪拌使硝酸鉍充分地分散到水中，水解生成硝酸氧鉍，形成均勻的懸濁液，隨後將0.214g碘酸鉀加入上述溶液中，不斷攪拌形成均勻的乳白色溶液。將混合物放入容積為IOOmL帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，在160°C反應5小時，自然冷卻至室溫，用抽濾方法分離樣品，並用去離子水和五水乙醇分別清洗樣品3次，乾燥。
[0032]附圖5為本實施例所得產物的X射線衍射圖，由圖知，該產物為純相的立方相碘酸氧鉍晶體。附圖6為本實施例所得產物的SEM圖，由圖可以看出，碘酸氧鉍晶體的尺寸達到I微米左右。溫度的升高使產物的結晶性增強，尺寸增大。
[0033]實施例3
[0034]量取80mL去離子水加入到燒杯中，稱取0.485g五水硝酸鉍加入到上述溶液，不斷攪拌使硝酸鉍充分地分散到水中，水解生成硝酸氧鉍，形成均勻的懸濁液，隨後將0.214g碘酸鉀加入上述溶液中，不斷攪拌形成均勻的乳白色溶液。將混合物放入容積為IOOmL帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，在150°C反應12小時，自然冷卻至室溫，用抽濾方法分離樣品，並用去離子水和五水乙醇分.別清洗樣品3次，乾燥。
【權利要求】
1.一種高光催化活性碘酸氧鉍晶體的製備方法，其特徵是，包括步驟如下: (1)將硝酸鉍加入去離子水配成濃度範圍為0.010-0.015mol/L的溶液，攪拌；(2)將碘酸鉀加入上述溶液中，碘酸鉀與硝酸鉍的質量比0.3-0.5:1，攪拌8-lOmin ； (3)將上述混合溶液轉移到帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，在150-160°C下反應5-12h，自然冷卻後，抽濾分離、洗滌、乾燥得產物。
2.根據權利要求1所述的一種高光催化活性碘酸氧鉍晶體的製備方法，其特徵是，步驟(2)碘酸鉀與硝酸鉍的質量比選0.4-0.5:1。
3.根據權利要求1所述的一種高光催化活性碘酸氧鉍晶體的製備方法，其特徵是，步驟(3)所述的反應選 150°C下反應5小時。
【文檔編號】C30B28/06GK103435010SQ201310374153
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】張曉陽, 王文君, 黃柏標, 秦曉燕 申請人:山東大學