[发明专利]一种黑色富氧空位的碳酸氧铋纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种黑色富氧空位的Bi₂O₂CO₃纳米片及其制备方法和应用，方法包括：将尿素、五水合硝酸铋和溶剂混合均匀，溶剂热反应，得到的沉淀物洗涤，干燥，将得到的白色Bi₂O₂CO₃纳米片在氢‑氩混合气氛下，升温至200～250℃后保温1～3小时，得到黑色富氧空位的Bi₂O₂CO₃纳米片。本发明在白色Bi₂O₂CO₃的基础上，通过在高温条件下的还原性气氛中对其煅烧，利用H₂的还原性夺取晶格中的氧原子而留下氧空位，将氧空位缺陷引入到Bi₂O₂CO₃晶格中，来增强其在可见光和红外光波长范围内的吸收；降低辐射能量损失过程，最终实现高效率的太阳能驱动水蒸发，清洁水产率可达2.06kg/(h·m²)。

技术领域

本发明属于光热纳米材料的制备与应用研究领域，尤其涉及一种黑色Bi₂O₂CO₃纳米片的快速简易制备方法及用于太阳光驱动下的海水淡化技术。

背景技术

水和能源是关系到生命生存、经济发展和社会进步的基本要素，但同时也是当今世界的稀缺资源。这两个必需品之间的关系密不可分，二者相互依存。随着可供人类生活和饮用的淡水资源逐年减少，在现有技术限制的前提下，为解决淡水资源短缺的问题，不惜以加剧能源损耗和牺牲环境为代价。然长此以往，情况只会愈演愈烈，最终陷入恶性循环。例如传统的海水淡化技术中的反渗透、蒸馏和电渗析技术，其大规模使用均面临成本较高、操作复杂、处理效果不佳等一系列的现实问题。

太阳能驱动的水蒸发是利用太阳能这项可再生能源，通过光热材料对其进行高效转换，在尽可能低的环境影响下实现更高的水蒸发产率，从而解决清洁水资源短缺的困扰。Bi₂O₂CO₃作为一种对哺乳动物低毒性、环境友好且性能稳定的光催化剂，近年来受到广泛关注。它是由Bi₂O₂²⁺和CO₃^2-层交替组合而成，其独特的分级薄片结构有利于光诱导电荷分离，进而提升量子产率。然而，由于其带隙较大(约为3.2eV)，普通白色的Bi₂O₂CO₃只能利用太阳光谱中辐射总能量仅占5％的紫外光，这极大地限制了它的实际应用。。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种黑色富氧空位的碳酸氧铋纳米片及其制备方法和应用，该纳米片具有较高的光吸收强度。

本发明提供了一种黑色富氧空位的Bi₂O₂CO₃纳米片的制备方法，包括以下步骤：

将尿素、五水合硝酸铋和溶剂混合均匀，溶剂热反应，得到的沉淀物洗涤，干燥，得到白色Bi₂O₂CO₃纳米片；

将所述白色Bi₂O₂CO₃纳米片在氢-氩混合气氛下，升温至200～250℃后保温1～3小时，得到黑色富氧空位的Bi₂O₂CO₃纳米片。

优选地，所述尿素和五水合硝酸铋的摩尔比为1.5～2:1。

优选地，所述尿素、五水合硝酸铋和溶剂在磁力搅拌下混合均匀；

所述磁力搅拌的速度为800～1000rpm，时间不低于30min，温度为10～40℃。