本發(fā)明屬于復(fù)合光催化材料的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位轉(zhuǎn)化法合成花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的方法。

背景技術(shù)：

如今，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，相應(yīng)的環(huán)境問題也隨之出現(xiàn)，例如環(huán)境污染、能源危機(jī)等諸多問題。為解決這些問題人們進(jìn)行了諸多的研究，研究中發(fā)現(xiàn)光催化材料在處理污染物的過程中，能夠很有效的降解污染物；并且大部分光催化材料具有無污染、降解效率高、材料可以循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境和能源等各個(gè)領(lǐng)域成為研究的熱點(diǎn)。然而單組分的光催化材料很難高效地利用光且光生載流子復(fù)合幾率高，限制了其光催化活性，對污染物的降解受到一定的限制，而異質(zhì)結(jié)材料是通過兩種不同的半導(dǎo)體復(fù)合所構(gòu)建的材料，它具有不同于單一半導(dǎo)體性質(zhì)的特殊結(jié)構(gòu)，能夠有效降低光生電子-空穴的復(fù)合速率，提高材料的光利用效率，從而提高材料的光催化效果。因此本發(fā)明采用合成異質(zhì)結(jié)材料來提高光催化材料的效率。

由于鉍系光催化材料性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的光催化性能，成為人們研究的熱點(diǎn)。其中bi2o2co3是由[bi2o2]²⁺層與co3^2-層交替形成的sillén層狀結(jié)構(gòu)使其表現(xiàn)出較好的光催化活性，且無污染等優(yōu)點(diǎn)被人們所熟知。然而bi2o2co3的光生電子-空穴的復(fù)合率很高，量子效率較低，從而導(dǎo)致其對光的利用率較低。bipo4作為一種多功能的光催化材料性質(zhì)穩(wěn)定，紫外光催化性能好成為人們研究的熱點(diǎn)，有研究表明bipo4對多種有機(jī)污染物催化降解效果表現(xiàn)比p25更高的紫外光催化活性。近年來研究提高bipo4光催化劑的性能主要是改變晶相結(jié)構(gòu)和形貌尺寸。為了提高材料的光催化性能對材料進(jìn)行改性，通過構(gòu)建花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)材料來對材料進(jìn)行改性。

本發(fā)明利用原位轉(zhuǎn)化制備出花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料，通過構(gòu)建異質(zhì)結(jié)促進(jìn)電子-空穴高效分離，從而提高光催化效率，并以羅丹明b為降解物進(jìn)行考察光催化性質(zhì)。目前尚沒有關(guān)于合成花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料以提高其光催化性能的相關(guān)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種原位轉(zhuǎn)化法合成花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的方法，該方法合成的花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料表現(xiàn)出較高的紫外光催化活性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，原位轉(zhuǎn)化法合成花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的方法，其特征在于具體步驟為：（1）將花球狀bi2o2co3分散于水中并攪拌混合均勻形成懸濁液a；（2）將nah2po4?2h2o溶于水中攪拌混合均勻形成溶液b；（3）將溶液b滴加到懸濁液a中并攪拌混合均勻，其中bi2o2co3與nah2po4?2h2o的摩爾比為2:1，再將該混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中于180℃水熱反應(yīng)12h，然后自然冷卻至室溫，離心分離，用水和乙醇分別反復(fù)洗滌后置于真空干燥箱中于60℃真空干燥12h得到由納米片層堆積成的粒徑為1-5μm的花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料，制得的花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料具有很強(qiáng)的紫外光催化性能，能夠用于在紫外光照射下高效降解有機(jī)廢水。

本發(fā)明采用離子交換法合成花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料具有接觸良好的界面，具有較大的比表面積，表現(xiàn)出較高的紫外光催化性能，本發(fā)明合成過程無需加入任何模板劑和其它添加劑，合成工藝簡易，綠色環(huán)保，適宜規(guī)?；a(chǎn)，有望產(chǎn)生良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的fesem圖；

圖2為純bi2o2co3、純bipo4和實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的xrd圖譜；

圖3為純bi2o2co3、純bipo4和實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的uv-visdrs圖譜；

圖4為純bi2o2co3、純bipo4和實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的pl圖譜；

圖5為實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料降解羅丹明b的紫外可見吸收光譜變化曲線；

圖6為不同光催化材料在紫外光照射下對羅丹明b的降解效率對比圖；

圖7為實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的導(dǎo)帶-價(jià)帶相對位置及紫外光下光生電子-空穴分離過程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下通過實(shí)施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的合成過程如下：（1）稱取1.0mmol花球狀bi2o2co3分散于40ml水中并攪拌混合均勻形成懸濁液a；（2）將0.5mmolnah2po4?2h2o溶于30ml水中并攪拌混合均勻形成溶液b；（3）在磁力攪拌下將溶液b逐滴加到懸濁液a中，連續(xù)攪拌10min使其混合均勻形成淡黃色懸濁溶，將此懸濁溶液轉(zhuǎn)移至100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓反應(yīng)釜中，密封、置于烘箱中加熱，反應(yīng)溫度180℃，恒溫反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，離心分離收集沉淀，用無水乙醇和水分別洗滌四次后，放入60℃真空干燥箱中真空干燥12h得到花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料。

圖1為實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的fesem圖。由圖可以看出樣品是由一片一片的納米片層堆積而成的花球，直徑約為1-5μm，樣品類似花球，故稱為花球狀。

圖2為純bi2o2co3、純bipo4和實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的xrd圖譜。圖中純bi2o2co3和純bipo4各衍射的位置分別與四方相bi2o2co3標(biāo)準(zhǔn)卡片（jcpdsno.41-1488）和單斜相bipo4標(biāo)準(zhǔn)卡片（jcpds15-0767）一致。bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料除了bi2o2co3的衍射峰外還在（-111）、（120）等存在bipo4的衍射峰，說明bipo4在bi2o2co3樣品中生成，即bipo4存在樣品中，說明樣品中存在bi2o2co3和bipo4。

圖3為純bi2o2co3、純bipo4和實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的uv-visdrs圖譜。由圖可知純bipo4的吸收帶邊約為275.6nm，純bi2o2co3的吸收帶邊約為354.3nm，只能吸收紫外光。構(gòu)建花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料使吸收帶紅移，顯著提高了bi2o2co3在紫外區(qū)的吸收。

圖4為純bi2o2co3、純bipo4和實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的pl圖譜。由圖可知bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的熒光強(qiáng)度明顯比純的bi2o2co3和bipo4的熒光強(qiáng)度都要弱，因此在花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料中光生電子與空穴的復(fù)合幾率比bi2o2co3和bipo4低，表明光生載流子的分離效率比較高，近一步說明花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的光催化活性有顯著提高。

實(shí)施例2

以有機(jī)染料羅丹明b（rhb）為降解目標(biāo)物來評價(jià)樣品的光催化效果。本實(shí)驗(yàn)使用500w汞燈作為紫外光源，采用10mg/l的rhb為降解濃度；稱取5mg實(shí)施例1制得的花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料，將其加入到裝有50ml的rhb石英管中在超聲器上超聲3min，使光催化材料與rhb溶液充分混合，然后將混合液放入hxsei光反應(yīng)儀器中暗處理30min，以達(dá)到吸附—脫附平衡。取此刻的混合溶液4ml，同時(shí)將此刻作為開燈的0時(shí)刻。打開紫外燈之后每隔一段時(shí)間（10min）取石英管中的溶液4ml。將取得的溶液在高速離心機(jī)內(nèi)離心6min后，取上層清液。采用紫外-可見分光光度計(jì)進(jìn)行光譜掃描測定其在553nm處的吸光度。通過在553nm處吸光度的變化來確定花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料對羅丹明b的降解效果。

圖5為實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料降解羅丹明b的紫外可見吸收光譜變化曲線。由圖可知樣品在光照30min后羅丹明b的特征峰基本消失，表明羅丹明b基本降解完全。

圖6為不同光催化材料在紫外光照射下對羅丹明b的降解效率對比圖。由圖可以看出，在沒有光催化劑存在下，光照50min后羅丹明b的降解率只有5%左右，表明羅丹明b具有很好的穩(wěn)定性。由圖可知花球狀bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料比純的bi2o2co3和bipo4的降解效果都好，在紫外光的照射下30min能將羅丹明b降解完全降解率達(dá)到98.3%，進(jìn)一步說明構(gòu)建的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料能提高樣品的光催化性能。

圖7為實(shí)施例1制得的bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的導(dǎo)帶-價(jià)帶相對位置及紫外光下光生電子-空穴分離過程示意圖。導(dǎo)帶-價(jià)帶位是由計(jì)算求解獲得，bi2o2co3和bipo4導(dǎo)帶和價(jià)帶位置（ecb/evb）分別約為0.09ev/3.59ev和0.20ev/4.70ev?；ㄇ驙頱i2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料的能譜圖在紫外光照射下，電子從bi2o2co3的導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到bipo4的導(dǎo)帶上，而空穴會從bipo4價(jià)帶上轉(zhuǎn)移到bi2o2co3的價(jià)帶上。由于在紫外光照射下bi2o2co3和bipo4同時(shí)被激發(fā)，能夠產(chǎn)生更多的載流子，并且能夠得到有效的分離，所以此bi2o2co3/bipo4異質(zhì)結(jié)光催化材料能夠表現(xiàn)出較好的光催化性質(zhì)。

以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。