[发明专利]一种Bi纳米颗粒与表面缺陷共修饰的BiOCl纳米片的超快速制备方法

说明书

本发明公开一种Bi纳米颗粒与表面缺陷共修饰的BiOCl纳米片的超快速制备方法，包括步骤：(1)将制备好的BiOCl纳米片与一定量的NaN₃加入到去离子水中，磁力搅拌30分钟使之混合均匀并缓慢倒入液氮中快速冷冻，并冷冻干燥；(2)待干燥完成后，将BiOCl/NaN₃混合物置于密闭高温反应釜中，并充满氮气保护气，采用电热丝加热的方式使NaN₃发生爆燃反应，反应结束后将产物用去离子水反复清洗，干燥，最终获得Bi纳米颗粒与表面缺陷共修饰的BiOCl纳米片。本发明的制备方法，其具有反应时间短、BiOCl氧缺陷的形成与Bi纳米粒子掺杂同时完成、缺陷与掺杂量可控、产量高等优势；且设备简单、操作简便，有较好的普适性，可用于其他先进材料的制备。

技术领域

本发明属于光热转换半导体材料领域，具体涉及一种利用NaN₃爆燃法，超快速制备Bi纳米颗粒与表面缺陷共修饰的BiOCl纳米片的方法。

背景技术

随着全球人口数量的增长以及日益严重的水污染问题，使得人们对饮用水短缺问题愈加关注。光热材料(Photothermal Materials，PTMs)以其可将光能直接转化为热能用于海水脱盐的独特性能引起了人们的广泛关注。到目前为止，各种PTMs的合成研究已经投入了大量的工作。其中，石墨烯、碳纳米管等碳基材料由于具有极高的吸光度与蒸发效率而被广泛研究。[a)F.Zhao,X.Zhou,Y.Shi,X.Qian,M.Alexander,X.Zhao,S.Mendez,R.Yang,L.Qu,G.Yu,Nat Nano.2018,13,489.b)Y.Yang,R.Zhao,T.Zhang,K.Zhao,P.Xiao,Y.Ma,P.M.Ajayan,G.Shi,Y.Chen,ACS nano.2018,12,829.c)H.C.Yang,Z.Chen,Y.Xie,J.Wang,J.W.Elam,W.Li,S.B.Darling,Adv.Mater.Inter.2018,6,1801252.]但其往往具有制备工艺复杂、生产时间长、收率低等缺点，限制了其应用。[d)N.Xu,X.Hu,W.Xu,X.Li,L.Zhou,S.Zhu,J.Zhu,Adv.Mater.2017,29.e)Y.Jin,J.Chang,Y.Shi,L.Shi,S.Hong,P.Wang,J.Mater.Chem.A.2018,6,7942.]另外由于表面等离子体共振效应，贵金属材料也具有良好的光热性能。然而，贵金属本身价格昂贵限制了其应用。与此同时，半导体材料，如氧化钛(TiO₂)、氧化钨(WO₃)等，以合成方法简便、可控、光吸收效率高、光热转化能力强等优势成为最有前途的替代材料。[f)M.Ye,J.Jia,Z.Wu,C.Qian,R.Chen,P.G.O'Brien,W.Sun,Y.Dong,G.A.Ozin,Adv.Mater.2017,7,1601811.]

氯氧化铋(BiOCl)由于其光电特性、无毒、低成本等优点，使其在光催化领域得到了广泛研究。然而，由于其禁带宽度较宽，使其光吸收波段较窄。众所周知，理想的PTMs应该具备宽带光吸收能力，而表面缺陷会使材料产生中间能级，从而拓宽该材料的光吸收带宽；[a)M.Guan,C.Xiao,J.Zhang,S.Fan,R.An,Q.Cheng,J.Xie,M.Zhou,B.Ye,Y.Xie,J.Am.Chem.Soc.2013,135,10411.]此外，铋纳米颗粒(Bi)由于等离子共振效应也可改善局部光热性能。目前，人们利用微波辐射[b)H.Li,F.Qin,Z.Yang,X.Cui,J.Wang,L.Zhang,J.Am.Chem.Soc.2017,139,3513.]、水热[c)J.Xu,Y.Teng,F.Teng,Sci Rep.2016,6,32457.]、光还原[d)S.Weng,J.Hu,M.Lu,X.Ye,Z.Pei,M.Huang,L.Xie,S.Lin,P.Liu,App.Catal.B:Environmental.2015,16,205]等多种方法制备表面缺陷修饰的BiOCl，但同时制备具有Bi纳米颗粒与表面缺陷共修饰的BiOCl纳米片仍是一种挑战

发明内容