[发明专利]一种具有高效光催化性能的BiOCl纳米簇及其制备方法

说明书

本发明涉及一种BiOCl纳米簇及其制备方法，其特征是获得的产物是由2‑5纳米BiOCl纳米粒子堆积形成的具有大比表面积与高催化活性的BiOCl纳米簇，其制备步骤为：(1)在搅拌条件下将一定量的氯化铋添加到乙二醇溶液中，随后依次加入聚乙烯吡咯烷酮乙二醇溶液及一定量的去离子水；(2)将步骤（1）获得的反应前驱体在一定温度下静止反应6‑12小时后，获得BiOCl纳米簇胶体溶液；（3）将步骤（2）获得的胶体溶液高速离心收集并用酒精超声清洗3‑5次后，放在50‑120度烘箱中干燥1‑3小时，制得对染料、抗生素等环境污染物具有快速高效光催化降解及六价铬离子光催化还原特性的BiOCl纳米簇。本发明获得的BiOCl纳米簇在环境治理、光催化制氢、太阳能电池、锂离子电池等领域具有重要应用价值。

技术领域

本发明涉及一种由2-5纳米BiOCl纳米粒子堆积组装形成且具有高效光催化性能的BiOCl纳米簇及其制备方法，属于纳米功能材料制备领域，BiOCl纳米簇可应用于环境污染物降解、锂离子电池、光解水制氢等领域。

背景技术

随着我国工业农业现代化进程不断加速，能源紧缺与环境污染已成为制约经济社会可持续发展的主要矛盾。众所周知，与煤炭、石油等传统化石能源相比，太阳能是一种取之不尽、用之不竭、绿色洁净的可再生能源。太阳能高效利用是未来从根本上解决能源和环境问题的有效途径。近年来，利用洁净太阳能，基于光催化技术解决能源、环境问题引起了科研人员的广泛关注。光催化技术应用发展的重要基础与关键环节是研制高效光催化材料。在众多光催化材料中，BiOCl作为新型无毒功能半导体材料不仅对染料、抗生素等环境污染物具有优良的光催化降解活性，而且在光催化制氢、太阳能电池、锂离子电池等新能源领域也具有十分重要应用价值，因而近年来其制备、性能及应用研究受到关注。我们知道，BiOCl是一种由双层氯离子与[Bi₂O₂]²⁺离子交错包覆形成的层状三元氧化物，其独特的晶体结构导致其易于形成片状结构的BiOCl微纳单晶片或由微纳米片构筑的BiOCl微米球与花状三维分级结构。因此，科研人员基于水热法、溶剂热法、沉淀法、溶胶-凝胶法、固相法等成功制备出了一系列不同尺度、厚度的BiOCl纳米片或由其为结构单元构筑的BiOCl微纳材料。但据我们所知，目前关于由几个纳米尺度BiOCl纳米粒子堆积组装形成的BiOCl纳米簇及其制备方法鲜有报道。也就是说，采用已有制备技术，人们还难以合成BiOCl纳米簇。我们知道，纳米材料的光催化活性与其比表面积、表面特性与原子结构、吸附能力等因素紧密相关。与单晶纳米粒子相比，BiOCl纳米簇不仅具有更高的比表面积与更好的吸附能力，而且拥有大量高催化活性的未配位表面原子，因此，构筑BiOCl纳米簇，进一步提高BiOCl材料的光催化活性具有十分重要的科学意义与实用价值。因此，本发明发展了一种工艺条件简单、易操作、低能耗、低成本、适用于BiOCl纳米簇宏量制备的方法，进而构筑具有优良光催化性能的BiOCl纳米簇，利用光催化技术有效解决人类面临的能源紧缺、环境污染等亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有BiOCl材料制备技术不足之处，提供一种易操作、低能耗、低成本、适用于BiOCl纳米簇宏量制备的方法。本发明的另一目的是制备出具有优良光催化性能的BiOCl纳米簇，为高效降解环境污染物、光催化制氢、太阳能电池、锂离子电池等领域的应用提供重要物质基础。

本发明中BiOCl纳米簇是以能同时提供铋源与氯源的氯化铋为原料、聚乙烯吡咯烷酮作稳定剂，在一定温度下采用水解法在乙二醇与水混合溶液中制备的，其制备过程包括以下具体步骤：

（1）将一定量氯化铋添加到乙二醇溶液中，搅拌均匀得到氯化铋乙二醇溶液；

（2）在搅拌条件下，向步骤（1）获得的氯化铋乙二醇溶液中依次加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮、去离子水，获得制备BiOCl纳米簇所需的反应前驱体溶液，其中，前驱体中氯化铋、聚乙烯吡咯烷酮的浓度分别为0.005-0.1摩尔/升、0-0.075摩尔/升，水的含量（体积百分比）为20 %-70 %；