專利名稱：提高氯氧化鉍光催化劑對可見光吸收的退火方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在高壓氧氣氛條件下對氯氧化鉍材料進行高溫退火處理以提高其對于可見光的光催化響應，屬于半導體光催化領域。
背景技術：
半導體催化劑由于其在處理污水上的潛在應用而受到廣泛關注。最近幾年，研究表明鹵氧化物氯氧化鉍是ー種優(yōu)秀的半導體催化劑，在紫外光激發(fā)下，其表現出比商用TiO2(P25)半導體光催化劑更為突出的光催化效率。氯氧化鉍具有四方晶系的氟氯鉛礦結構，每兩個[Bi2O2]基團被雙層Cl原子所隔開。由于這種特殊的層狀結構，其內部自發(fā)偶極矩非常有利于光生電子-空穴對分離效率的提高。此外，其為間接帶隙半導體，光生電子-空穴對的復合幾率低。因此，在紫外光激發(fā)條件下，氯氧化鉍具有較強的光催化效果。然而由于其禁帶寬度較寬(3. 4eV)，只對波長小于365nm的紫外光有響應，因此，其吸收譜 帶僅限于紫外光成為了其實際化應用的瓶頸問題，如何進ー步拓寬氯氧化鉍的吸收譜帶進而提高催化效率仍是重要研究課題。我們知道，通過創(chuàng)造對可見光響應的深能級晶格缺陷如氧空位[X.參考文獻Chang, G. Yu, J. Huang, Z. Li，S. Zhu, P. Yu, C. Cheng, S. Deng and G. Ji，Catal. Today, 2010，153,193-199.]，有望解決寬帶隙材料對可見光無響應的難題。因此，我們提出，如果可以通過一定的退火處理在氯氧化鉍晶格中創(chuàng)造理論受主能級很深的Bi空位缺陷，則很有可能使得氯氧化鉍材料對可見光產生響應，因此，一方面有望推動氯氧化鉍材料的實際應用，另一方面有望大幅度改善其光催化效果。在前期工作中，我們發(fā)現在高壓氧氣氛退火環(huán)境中，ZnO單晶中容易產生Zn空位缺陷，這意味著在富氧高溫環(huán)境下，氧化物半導體中很容易產生金屬空位缺陷。因此，借用這一思路，我們可以通過高壓氧氣氛的高溫退火，進而在氯氧化秘中創(chuàng)造聞濃度的Bi空位，最終提聞氣氧化秘材料對于可見光的響應。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過增加氧氣分壓，提高氯氧化鉍材料對于可見光的吸收的退火方法。本發(fā)明的技術方案是采取在密封的石英管中，加入供氧物(可受熱分解產生氧氣的化合物或者它們的混合物)和氯氧化鉍，加熱使供氧化合物分解產生氧氣，從而產生壓強大于一個大氣壓的氧氣氣氛,達到提高氯氧化鉍對于可見光的吸收的目的。本發(fā)明提供的方法包括以下步驟將氯氧化鉍和供氧化合物真空密封，置于加熱爐進行高溫保溫退火，最后自然降溫，獲得可吸收可見光的氯氧化鉍。所述的供氧化合物為高錳酸鉀、氯酸鉀或過氧化物，或者前述化合物的混合物。所述的高溫退火保溫為300°C 900°C，保溫時間為1-72小時。本發(fā)明的機理和技術特點是在通過提高氧分壓的方法來產生對可見光響應的缺陷能級鉍空位晶格缺陷，進而使得氯氧化鉍對可見光產生吸收，最終提高氯氧化鉍的光催化效率。本發(fā)明所采用的通過增加氧氣分壓對氯氧化鉍進行退火的方法，加熱后，石英管中可以產生3-4個大氣壓的氧氣氛，從而有效地產生鉍空位這種對可見光響應的深受主能級，使得氯氧化鉍在可見光照射下具有光催化活性。
具體實施例方式下面通過具體實施例的闡述，進ー步闡明本發(fā)明的實質性特點和顯著的進步。實施例II.將氯氧化鉍粉末放入石英坩堝中。石英坩堝內徑9mm，外徑13mm。
2.在另ー個石英坩堝中放置O. 25g的高錳酸鉀粉末。3.依次將兩個石英坩堝放入石英管。石英管內徑14mm，外徑20mm。4.對石英管進行抽低真空至4_5Pa，用濕的紙巾保住石英管底部，邊抽真空邊對石英管上部用氫氧焰進行封管。5.將封好的石英管放置到加熱爐中，設置退火程序首先，從常溫經過18個小時升到600°C，在600°C維持12個小時，再從600°C自然降溫到室溫。6.將石英管割開，取出氯氧化鉍粉末。7.將O. 2g的經過退火處理和沒經過退火處理的氯氧化鉍粉末在磁子攪拌作用下懸浮于濃度為10_5mol/L的羅丹明B溶液中，在濾掉紫外光的Xe燈(功率為200W)，每隔5分鐘檢測羅丹明B溶液濃度。研究表明，退火后的樣品其光降解反應常數是未退火樣品的102 倍。實施例2按照實施例I的步驟，區(qū)別是在例I步驟2中的O. 25g的高錳酸鉀改為O. 12g的過氧化鈉。研究表明，退火后的樣品其光降解反應常數是未退火樣品的78倍。實施例3按照實施例I的步驟，區(qū)別是在例I步驟7中的羅丹明B溶液改為曙紅B溶液。研究表明，退火后的樣品其光降解反應常數是未退火樣品的135倍。應該指出以上所述的實施實例只是用3個例子來說明本發(fā)明，它不應是對本發(fā)明的限制，同時熟悉該技術的都知道，對本發(fā)明可以進行在文中沒有描述的各種改進，而這些改進都不會偏離本專利的精神和范圍。
權利要求
1.提高氯氧化鉍光催化劑對可見光吸收的退火方法，該方法包括以下步驟將氯氧化鉍和供氧化合物真空密封，置于加熱爐進行高溫保溫退火，最后自然降溫，獲得可吸收可見光的氯氧化鉍。
2.如權利要求I所述的退火方法，其特征在于所述的供氧化合物為高錳酸鉀、氯酸鉀或過氧化物，或者前述化合物的混合物。
3.如權利要求I所述的退火方法，其特征在于所述的高溫退火保溫為300°C 900°C，保溫時間為1-72小時。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高氯氧化鉍光催化劑對可見光吸收的退火方法，屬于半導體光催化領域。將能分解產生氧氣的供氧化合物和氯氧化鉍同時放置在密閉的抽真空石英管中，然后對石英管進行高溫保溫退火，供氧化合物受熱分解產生氧氣，在大于一個大氣壓的氧氣氣氛和高溫環(huán)境中對氯氧化鉍進行高溫退火，提高其對于可見光的吸收，實現可見光光催化降解污染物。
文檔編號B01J27/06GK102671677SQ20121012725
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權日2012年4月27日
發(fā)明者林文文, 林鐘潮, 黃豐, 黃嘉魁 申請人:中國科學院福建物質結構研究所