[发明专利]能带可调型BiOI-AgI球形固溶体可见光光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及能带可调型BiOI-AgI球形固溶体可见光光催化剂的制备方法。

技术背景

随着世界经济的飞速发展，能源问题与环境危机也日趋严重。光催化作为一向环境友好型的高新技术，不仅可以完全有效地降解有机污染物和危害性气体，还能产生清洁型氢气能源，因此在国家推崇可持续发展战略的背景下非常具有发展意义。近几十年来，为了有效利用太阳能，科学家们研究开发了各种类型的高效可见光光催化材料。传统意义上的TiO₂光催化剂可见光响应范围窄，量子效率低，而贵金属型光催化材料虽然性能高但是价格昂贵，部分光催化材料易对环境造成二次污染，其中，固溶体光催化材料因为其能带可调的特殊性及性能的优异性日渐成为了新型光催化材料中令人瞩目的一颗新星。近年来，关于BiOI与AgI单独作为光催化材料都有很多的研究报道，而关于BiOI-AgI固溶体光催化材料则未见报道。

根据我们目前的研究结果：虽然AgI光催化剂的初始光催化性能很高，但在光催化过程中易于失活，而BiOI光催化剂的光催化性能仍有待加强。为了解决上述单相光催化材料的不足，避免光催化剂在使用过程中的不利因素，能带可调型BiOI-AgI球形固溶体材料被认为是一种很有前途的光催化剂。通过低温煅烧BiOI-AgI材料后，四方晶相BiOI中的Bi-O键易被银原子取代，从而二者互溶形成固溶体相。与单纯两相物质相比，BiOI-AgI球形固溶体具有许多独特的优势：低温煅烧后所得的固溶体材料不仅可以调控光的吸收，而且仍能保持其片状微球结构较大的比表面积，具有高的光催化性能，同时，在水溶液的光催化反应后，具有易于分离、回收和再利用的优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种简单而且非常有效的能带可调型BiOI-AgI球形固溶体可见光光催化材料的原位离子交换和低温煅烧相结合的方法，采用该方法合成的BiOI-AgI球形固溶体可见光光催化剂，其颗粒大小为0.5-2微米，其禁带宽度在1.90-2.30 eV内可调。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：能带可调型BiOI-AgI球形固溶体可见光光催化材料的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：

1）以硝酸铋和碘化钾的乙二醇溶液为原料，以PMMA为诱导剂，在室温下通过离子沉淀反应直接合成BiOI片状微球，BiOI片状微球的大小为0.5-2微米，比表面积为32.3平方米/克；

2）将硝酸银溶于去离子水中形成均匀溶液，其中AgNO₃的摩尔浓度为0.001-0.1摩尔/升；

3）取步骤1）制备的BiOI片状微球1克加入到步骤2）配置的8.6毫升AgNO₃溶液中，搅拌均匀后，室温下暗室静置1-24小时，得到沉淀物；

4）将步骤3）所得的反应溶液中的沉淀物过滤，并用去离子水和无水乙醇分别冲洗3次，最后在20-120℃真空干燥，即得到BiOI-AgI复合片状微球；

5）把步骤4）所得的BiOI-AgI复合片状微球置于100-500℃的马弗炉中热处理0.5-5小时，即得到能带可调型BiOI-AgI球形固溶体可见光光催化材料。

按上述方案，所述的通过离子沉淀反应直接合成BiOI片状微球的制备步骤是：

1）将0.531克碘化钾溶于40毫升乙二醇中形成均匀溶液，其碘化钾的摩尔浓度为0.08摩尔/升；

2）将1.552克硝酸铋溶于40毫升乙二醇中形成均匀溶液，再加入0.016克PMMA加以搅拌均匀，其中铋离子的摩尔浓度为0.08摩尔/升，PMMA的浓度为0.4克/升；

3）在不断搅拌的条件下，将步骤1）所得的溶液缓慢加入到步骤2）制备的溶液中，室温下搅拌6小时，得到黄色透明溶液；

4）在不断搅拌的条件下，将80毫升去离子水缓慢加入到步骤3）所得的黄色透明溶液中，形成砖红色沉淀，过滤；

5）将步骤4）中的砖红色沉淀用去离子水和无水乙醇分别冲洗3次，然后在60℃下真空干燥，即得到BiOI片状微球。

按上述方案，步骤2）所述的AgNO₃溶液的摩尔浓度为0.0025-0.05摩尔/升。

按上述方案，步骤3）所述的暗室静置时间为3-12小时。

按上述方案，步骤4）所述的真空干燥温度为40-70℃。

按上述方案，步骤4）所述的真空干燥时间为1-3小时。

按上述方案，步骤5）所述的马弗炉热处理温度为250-350℃。