專利名稱：一種BiOI-石墨烯可見光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種BiOI-石墨烯可見光催化劑及其制備方法，屬于無機材料合成和光催化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，能源短缺和環(huán)境污染日益成為威脅人類生存與健康的重大問題。光催化技術(shù)是一種以半導(dǎo)體為催化劑利用太陽能降解有機環(huán)境污染物的綠色環(huán)境治理新技術(shù)。TiO2化學(xué)性能穩(wěn)定、無毒、價廉，是目前最常用的半導(dǎo)體光催化劑，但TiO2光催化劑能帶較寬(Eg = 3.2 eV)，僅能被太陽光中的紫外光激發(fā)(占太陽能的3. 8 %)，不能利用太陽光中的可見光，使得其太陽能利用率低，嚴(yán)重阻礙了其大規(guī)模商業(yè)化推廣。因此，研制可見光響應(yīng)的光催化劑是提高太陽能利用率并最終實現(xiàn)光催化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。
碘氧化鉍(BiOI)是一種新型的可見光催化劑，其禁帶寬度為I. 77 eV，可利用大部分可見光進(jìn)行激發(fā)，降解效果明顯，在工業(yè)應(yīng)用中潛力巨大。但是，單種BiOI光催化劑的吸收波帶較窄，其光催化性能尚有待于進(jìn)一步提高。目前，對BiOI的改性研究較少，如Wang等曾制備了 BiOBr-BiOI復(fù)合物，結(jié)果表明復(fù)合物的光催化性能要高于單一的BiOI(Catal. Commun. 2008, 9，8-12)。Zhang 等將 TiO2 和 BiOI 復(fù)合，制備的 Bi0I/Ti02 異質(zhì)結(jié)催化劑在2 h內(nèi)對甲基橙的降解率高達(dá)95%，而單一的BiOI的降解率僅為2% (J. Phys.Chem. C. 2009，113，7371-7378)。此外，通過 BiOI 與 ZnO ( J. Phys. Chem. C，2011，115，20555-20564 ) >Bi203 (Catal. Commun. , 2011, 12，660-664)的復(fù)合或貴金屬的表面改性(AppI. Catal. B: Environ. , 2012, 111-112，271- 279)均能極大提高 BiOI 的光催化性能。石墨烯是近幾年被發(fā)現(xiàn)的一種新的碳的同素異形體，它是由Sp2雜化的單層碳原子組成的蜂窩狀二維晶體，具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性能以及超大的比表面積。將石墨烯與半導(dǎo)體光催化劑復(fù)合能有效降低光催化劑的電子-空穴復(fù)合率，同時能增加光催化劑對污染物的吸附能力。因此，將石墨烯與BiOI進(jìn)行復(fù)合對進(jìn)一步提高BiOI的光催化性能具有積極意義。但到目前為止，還未見有BiOI-石墨烯復(fù)合可見光催化劑的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種BiOI-石墨烯復(fù)合可見光催化劑及其制備方法。本發(fā)明一種BiOI-石墨烯復(fù)合可見光催化劑，其特征在于，由BiOI和石墨烯組成，BiOI和石墨烯均呈薄片狀，石墨烯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.0 %-3.0 %。本發(fā)明一種制備BiOI-石墨烯復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于，具有以下的制備過程和步驟
(a)將0.007-0. 022 g氧化石墨分散至15-25 ml乙醇中，充分超聲1_2 h，得到氧化石墨烯的懸浮液；
(b)室溫下，將0.002 mo I的硝酸鉍溶解于3-10 ml的冰醋酸中，再在攪拌下加入0. 002mo I的碘化鈉或碘化鉀和10-50 ml去離子水；
(c)將步驟(a)所得懸浮液緩慢滴加到步驟(b)所得溶液中；
(d)將步驟(c)所得溶液攪拌2h后，轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯襯墊的高壓反應(yīng)釜中，在120-150 °C下晶化反應(yīng)6-12 h ；
(e)得到的固體產(chǎn)物經(jīng)過濾，洗滌，干燥后得BiOI-石墨烯復(fù)合可見光催化劑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著優(yōu)點
1、在一步法水熱合成過程中，氧化石墨烯的還原和BiOI晶體的形成同時完成，制備
工藝簡單；
2、不需要使用其它化學(xué)還原劑，制備過程經(jīng)濟(jì)環(huán)保；
3、制備的BiOI-石墨烯催化劑有很高的可見光催化活性，在利用太陽能光催化分解有機污染物處理技術(shù)中具有潛在的應(yīng)用價值。


圖I為實施例1、2、3的X射線衍射(XRD)圖。圖2為實施例I的高分辯透射電鏡(HRTEM)圖。圖3為實施例I、2、3的紫外-可見(UV-Vis)吸收光譜。圖4為實施例1、2、3制備的光催化劑的光催化性能曲線。
具體實施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例詳細(xì)敘述于后。實施例I
(1)將0.014g氧化石墨分散在20 ml乙醇中，超聲I h，得到氧化石墨烯的懸浮液；
(2)室溫下，將0.9701g硝酸鉍溶解于5ml冰醋酸中，再在攪拌下加入0. 2998 g碘化鈉和40 ml去離子水；
(3)將步驟(I)所得懸濁液緩慢滴加到步驟(2)所得溶液中；
(4)將步驟(3)所得溶液攪拌2h后，轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯襯墊的高壓反應(yīng)釜中，在120°C下晶化反應(yīng)6 h ；
(5)得到的固體產(chǎn)物經(jīng)過濾，洗滌，干燥，得到石墨烯含量為2.0wt.%的BiOI-石墨烯復(fù)合可見光催化劑。XRD分析結(jié)果參見圖1，圖中所有衍射峰對應(yīng)的均是四方相的BiOI (JCPDS10-0445)，在2 0 =10. 7°處的氧化石墨的特征衍射峰消失，說明水熱反應(yīng)在生成BiOI的同時，有效地將氧化石墨還原成石墨烯。圖2的HRTEM結(jié)果顯示，BiOI和石墨烯均呈薄片狀，且兩片層間接觸緊密。樣品的紫外-可見吸收光譜(圖3)結(jié)果表明，BiOI與石墨烯復(fù)合后，明顯增加了對可見光的吸收。制備的復(fù)合光催化劑在4 h內(nèi)對甲基橙的可見光降解率達(dá)88%，是純BiOI的3. 2倍(圖4)。實施例2
操作過程除以下不同外，其余同實施例I。將0. 007g氧化石墨分散在20 ml乙醇中，超聲I h。最終制得石墨烯含量為I. 0wt. %的BiOI-石墨烯復(fù)合可見光催化劑。
樣品的XRD結(jié)果參見圖1，紫外-可見吸收光譜參見圖3，光催化性能參見圖4。實施例3
操作過程除以下不同外，其余同實施例I。將0. 022g氧化石墨分散在20 ml乙醇中，超聲I h。石墨烯含量為3. 0 wt. %的BiOI-石墨烯復(fù)合可見光催化劑。樣品的XRD結(jié)果參見圖1，紫外-可見吸收光譜參見圖3，光催化性能參見圖4。權(quán)利要求
1.一種BiOI-石墨烯復(fù)合可見光催化劑，其特征在于，由BiOI和石墨烯組成，BiOI和石墨烯均呈薄片狀，石墨烯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.0 %-3. 0 %。
2.一種制備BiOI-石墨烯復(fù)合可見光催化劑的方法，其特征在于，具有以下的制備過程和步驟 (a)將0.007-0.022 g氧化石墨分散至15-25 ml乙醇中，充分超聲1_2 h，得到氧化石墨烯的懸浮液； (b)室溫下，將0.002mol的硝酸鉍溶解于3-10 ml的冰醋酸中，再在攪拌下加入0. 002mo I的碘化鈉或碘化鉀和10-50 ml去離子水； (c)將步驟(a)所得懸浮液緩慢滴加到步驟(b)所得溶液中； (d)將步驟(c)所得溶液攪拌2h后，轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯襯墊的高壓反應(yīng)釜中，在.120-150 °C下晶化反應(yīng)6-12 h ； (e)得到的固體產(chǎn)物經(jīng)過濾，洗滌，干燥后得BiOI-石墨烯復(fù)合可見光催化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種BiOI-石墨烯可見光催化劑及其制備方法，屬于無機材料合成和光催化技術(shù)領(lǐng)域。BiOI和石墨烯均呈薄片狀，石墨烯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.0%-3.0%。首先將氧化石墨超聲分散在乙醇中；再在攪拌下加入一定量的碘化鈉或碘化鉀水溶液和硝酸鉍的冰醋酸溶液；將上述懸浮液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯襯墊的高壓反應(yīng)釜中，在120-150℃下晶化反應(yīng)6-12h；得到的固體產(chǎn)物經(jīng)過濾，洗滌，干燥，最終制得BiOI-石墨烯復(fù)合光催化劑。本發(fā)明的制備方法，環(huán)境友好，工藝簡單。制備的BiOI-石墨烯催化劑具有很高的可見光催化活性，在利用太陽能光催化分解有機污染物中治理技術(shù)有潛在的應(yīng)用價值。
文檔編號C02F1/30GK102698775SQ20121019381
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者劉紅, 曹巍然, 蘇蕓, 陳振 申請人:上海大學(xué)