[发明专利]一种可见光光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，涉及一种氯氧化铋/碘氧化铋异质可见光光催化材料及其制备方法。

背景技术

近年来，污水中有机污染物和致病微生物等的净化处理，已经成为人们所关心的棘手问题。然而传统的消毒方法，如高压灭菌和漂白处理，不可避免地消耗大量的能源或者产生有毒副产物。作为一种替代方法，光催化氧化技术由于其具有充分利用太阳能且环境友好等许多无可比拟的优点，近年来受到广泛关注。基于二氧化钛的异相光催化更具吸引力，然而，宽带隙和低量子效率是制约其实际应用的两大瓶颈。为了更高效率地利用太阳能，扩大光催化氧化在实际工程中的应用，发展高效的可见光光催化材料有广阔的前景。

众所周知，由于结构和性能的相互关系，无机材料的物理/化学性质强烈依赖于它们的微观结构，例如颗粒尺寸，形貌，比表面积等。因此，设计合成出具有特殊结构的半导体材料体系可以调控材料的光催化性质。合成可见光响应的光催化剂可以通过以下两种途径：（1）对紫外光响应的光催化剂进行化学修饰，例如C负载TiO₂，Bi-TiO₂等；（2）研究开发新的稳定可见光响应的活性材料，例如InVO₄，BiVO₄，BiWO₆等。氯氧化铋和碘氧化铋属于Ⅴ-Ⅵ-Ⅶ族的三元化合物，且都具有良好的导电性、磁性、光学和荧光性能，其中碘氧化铋是近些年来一类新型可见光响应的半导体光催化材料。根据文献报道，氯氧化铋和碘氧化铋的禁带宽度分别为3.5eV和1.8eV左右。如果将两种材料复合形成氯氧化铋/碘氧化铋异质结构，在可见光的照射下，碘氧化铋所激发出来的电子可以快速传递到氯氧化铋表面，从而大大减小了光生电子与空穴的重组几率，因此，相对于单相材料，氯氧化铋/碘氧化铋异质材料在可见光照射下表现出优异的染料降解(罗丹明B，甲基橙)能力。专利号为CN201210082112.7的中国专利，公开了一种多孔碘氧化铋纳米光催化剂的制备方法，主要是为了解决现有的碘氧化铋在可见光区光降解性能差的技术问题，但是该方法制备过程繁琐且使用了大量有机溶剂不利于大规模生产，而且此方法只是制备了比表面积稍大的碘氧化铋，并没有从根源上改变碘氧化铋的光催化性能，提升的空间很有限。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种具有高催化活性和稳定性的氯氧化铋/碘氧化铋异质可见光光催化材料及其制备方法。

本发明是通过以下方式实现的：

一种可见光光催化材料，其特征是由氯氧化铋和碘氧化铋组成，氯氧化铋所占摩尔比为15%-30%。

上述可见光光催化材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）制备氯氧化铋：将等物质的量的五水硝酸铋和氯化钾在盛有去离子水的容器中混合，室温下搅拌均匀后转移到密闭的高压反应釜中；将反应釜置于160℃下反应12小时，再冷却至室温，将收集到的产物分别用去离子水和乙醇超声清洗，然后干燥得到氯氧化铋样品；

（2）制备碘氧化铋：将等物质的量的五水硝酸铋和碘化钾在盛有去离子水的容器中混合，得到五水硝酸铋和碘化钾混合液；将混合液在室温下搅拌均匀，密封后置于水浴锅内反应2小时，再冷却至室温，将收集到的产物用水和乙醇清洗干净，干燥得到碘氧化铋样品；

（3）将步骤（1）和步骤（2）中所制备的氯氧化铋和碘氧化铋于乙醇中充分混合后离心、干燥、研磨、煅烧，然后再冷却、研磨，得到氯氧化铋/碘氧化铋异质可见光光催化材料的粉料。

上述可见光光催化材料的制备方法，其特征是其特征是步骤(1)中五水硝酸铋、氯化钾的用量摩尔比为1:1；步骤(3)中氯氧化铋、碘化钾的用量摩尔比为1:5.67~1:2.33。

采用上述方案和工艺步骤，制备出的纳米片状氯氧化铋/碘氧化铋异质可见光光催化剂，纳米片厚度大约为100nm。此方法制备工艺过程相对简单，条件易于控制，具有可大规模生产的潜力。制备出的纳米片状氯氧化铋/碘氧化铋异质光催化剂具有良好的可见光吸收，显著增大了光生载流子的分离，大大提高了材料的光催化性能。本发明针对传统的光催化材料光吸收性差和载流子复合效率高的问题，以及制备卤氧化铋系列纳米材料的复杂化问题，提供了一种简单易行且成本低廉的制备方法。工艺过程简单、条件易于控制的水热法、水浴法以及煅烧法相结合的手段来制备具有高催化活性和稳定性的氯氧化铋/碘氧化铋异质可见光光催化材料。

具体实施方式

下面给出本发明的三个最佳实施例。

实施例一