[发明专利]能带可调型固溶体BiOI-Bi5O7I纳米片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固溶体BiOI-Bi₅O₇I纳米片可见光光催化剂的制备方法。

技术背景

近年来，基于半导体光催化剂在太阳能能量转换和环境净化方面的广泛应用，大量的研究集中在半导体光催化材料上。为了有效利用在太阳光谱和人造光源中占很大比重的可见光，新型高活性可见光光催化材料的研究往往备受关注。众所周知，广泛使用的光催化剂TiO₂仅仅只在紫外光(UV)范围内有响应。虽然通过掺杂或离子注入的方法可以对TiO₂进行改性，以此可获得具有可见光响应能力的TiO₂类光催化剂，但是掺杂剂通常也会成为光生电子和空穴的复合中心。此外，掺杂材料往往受热不稳定，而且在掺杂过程可能还需要昂贵的离子注入设备。因此，设计和发展具有可见光响应的单相光催化剂(如固溶体光催化材料)具有重要意义。据报道，光生电子-空穴对的产生是由半导体中价带电子受到光激发而跃迁至导带，这个过程的发生与半导体的电子结构密切相关。最近，Kudo等人发现铋系氧化物半导体可作为高活性可见光光催化剂的潜在材料，因为Bi6S和O2p轨道形成了大量分散的杂交价带，这样有利于光生空穴的流动和氧化反应的进行。这些结果表明，随着晶体结构中某些元素的增加或者减少可以对材料的能带结构进行有效调节，从而可获得高活性的可见光光光催化剂。

根据目前的研究：虽然BiOI光催化剂的初始光催化性能较好，但在光催化过程中其催化活性会逐渐降低直至失活，因此BiOI的光催化活性和稳定性仍有待于进一步加强。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，固溶体BiOI-Bi₅O₇I材料被发现可作为一种很有前途的光催化材料。因为固溶体结构能够有效改变材料的物理化学性质，从而可对材料的能带结构进行有效调控，使得固溶体材料获得对不同波长可见光的响应吸收，增强可见光光催化性能。

目前已有报道利用离子沉淀法合成BiOI复合型光催化剂，也有报道用水热法或者溶剂热法合成花状结构BiOI光催化剂，但是还没有关于利用简单的制备方法能实现能带可调的固溶体BiOI-Bi₅O₇I纳米片可见光光催化剂的报道。

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且非常有效的固溶体BiOI-Bi₅O₇I纳米片可见光光催化材料的制备方法，所制备的固溶体BiOI-Bi₅O₇I纳米片的禁带宽度在1.8-3.0eV内可调。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：能带可调型固溶体BiOI-Bi₅O₇I纳米片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）以浓度相同的硝酸铋和碘化钾溶液为原料，其摩尔浓度都为0.001-1mol/L；

2）在不断搅拌下，将60mL硝酸铋溶液缓慢加入到60mL碘化钾溶液中，室温下搅拌反应0.5-12h，得到暗红色悬浮溶液；

3）把步骤2)所得的暗红色悬浮溶液经过滤，去离子水洗涤3次后，于80℃真空干燥处理6h，得BiOI纳米片粉末；

4）把步骤3)所得的BiOI纳米片粉末置于80-450℃热处理0.1-6h，即得到能带可调型固溶体BiOI-Bi₅O₇I纳米片可见光光催化材料。

按上述方案，步骤1)所述的硝酸铋和碘化钾的摩尔浓度为0.005-0.1mol/L。

按上述方案，步骤2)所述的搅拌反应时间为4-8h。

按上述方案，步骤4)所述的热处理温度为350-442℃。

按上述方案，步骤4)所述的热处理时间为0.5-3h。