[发明专利]高效可见光催化剂单晶纳米片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效可见光催化剂单晶纳米片的制备方法，该方法包括以下步骤：按Bi₄Ti₃O₁₂‑BiCoO₃中Bi、Co和Ti的化学计量比称量硝酸铋、硝酸钴和钛酸丁酯；将步骤称取的硝酸铋和硝酸钴混合溶于水中得溶液，向所得溶液中加入步骤称取的钛酸丁酯的无水乙醇溶液，搅拌使之混合均匀得溶液A；以NaOH为沉淀剂和水环境调节剂，NaOH溶于水中得溶液B，溶液B加入溶液A，搅拌待反应完全后得到灰绿色的悬浊液前驱体；将悬浊液前驱体转移到水热反应釜中，将反应釜密闭后放入烘箱内，在200℃下水热反应48～72h，反应后产物经后续处理得目标产物。该方法制备过程简单、环境友好、成本低，可实现规模化合成生产，该单晶纳米片能够在可见光照射下快速高效降解罗丹明B。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及高效可见光催化剂单晶纳米片及其制备方法。

背景技术

可见光催化技术因在太阳能转换和环境净化方面的巨大潜力，受到广泛关注。自从发现TiO₂具有潜在的光催化性可应用于污染物降解，研究者们尝试了各种方法来改善其光催化性能。然而，受限于两个主要的缺点：可见光利用率低和光生电子空穴复合率高，TiO₂仍然很难实现对可见光的高效利用。因此，研究人员专注于探寻其它有着更好光催化活性的半导体。

铁电材料具有优异的铁电、光电等特性在无挥发铁电存储器、光催化及光电转换等方面有诱人的应用前景。相对于传统的半导体材料，铁电材料内部存在天然的内建电场，可有效分离光致电子-空穴对，具有较高的光催化降解污染物能力及太阳光转换效率，且光致开路电压明显高于传统的半导体材料，在光催化降解污染物、太阳能转换等方面受到材料科学家的极大关注。含Bi层状钙钛矿型铁电材料是一类重要的功能材料，具有居里温度高，自发极化大等优点。其中，Bi₄Ti₃O₁₂是一种典型的铋系层状钙钛矿铁电材料，其结构是由伪钙钛矿层和(Bi₂O₂)²⁺沿c轴方向交替堆垛而成。Bi₄Ti₃O₁₂的居里温度为675℃，处在铁电相时其自发极化值可达50μC/cm²，在信息储存、环境净化、光电转换等方面有广阔的应用前景。Bi₄Ti₃O₁₂是一种典型的Aurivillius氧化物半导体，其光学带隙(E_g＝2.8eV)比TiO₂的低(E_g＝3.2eV)。由于其结构中存在TiO₄八面体和立体活性的Bi³⁺离子，它作为一种新型高效光催化剂在近年来被广泛研究。目前有关Bi₄Ti₃O₁₂基固溶体材料的研究还很少，且报道的光催化降解速度较慢，所需的时间较长。另外，现有Bi₄Ti₃O₁₂基单晶纳米片的制备过程较复杂，合成条件较苛刻，不适宜工业规模化生产，且现有合成方法制备的材料尺度大，形貌不规则，导致其光催化性能受到影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供高效可见光催化剂单晶纳米片及其制备方法。该方法的制备过程简单、环境友好、合成成本低，能够实现规模化合成生产Bi₄Ti₃O₁₂-BiCoO₃单晶纳米片，且由该方法制得的单晶纳米片具有很好的可见光吸收性能，可在可见光照射下快速高效降解罗丹明B。

为了解决上述问题，本发明提供了一种高效可见光催化剂单晶纳米片的制备方法，包括以下步骤：