異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域和光催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種BiOBr/Bi2O 3異質(zhì)結(jié)復(fù)合 催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球污染及能源短缺問題，尋找太陽光作為直接能源的環(huán)境處理技術(shù)已經(jīng)成 為當(dāng)今社會的研宄熱點；作為環(huán)境友好型的光催化劑，半導(dǎo)體材料在吸引著越來越多人的 目光。自從1972年Honda-Fujishima發(fā)現(xiàn)光化學(xué)電極以來，1102在過去近半個世紀(jì)的時 間里作為最熱門的研宄材料已經(jīng)取得了突破性的進展。隨著研宄的不斷深入，科學(xué)家們同 時也發(fā)現(xiàn)了很多可以更好利用太陽光的光催化劑：Ag/AgBr/BiOBr，Bi/BiOCl，Mn-BiOBr， 卩6304/^丨0(：1，8"53/8丨0(：1，8丨20 3/8丨0(：1，8丨0(：1/8丨￥04和祀(》1^-(：3隊等。隨著時間的流逝， Bi基半導(dǎo)體光催化材料以其優(yōu)異的層狀結(jié)構(gòu)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性洗衣這越來越多人的目 光。
[0003] 使用光催化劑降解水體中的有機污染物在前幾十年已經(jīng)取得了一定的研宄成果， 傳統(tǒng)的光催化過程包括：分別在導(dǎo)帶和價帶上產(chǎn)生光生電子和空穴以及之后在催化劑表面 上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。對于染料的降解，仍然存在三種可能的催化機理：光催化、光敏化、光 解。影響降解有機染料的因素也有很多，包括復(fù)合物的濃度、無極離子的種類、反應(yīng)溫度和 pH等。在眾多的具有較窄禁帶寬度的半導(dǎo)體光催化劑中，Bi2O3以其禁帶寬度在2. 4-2. 8毫 無疑問的成為新晉光催化劑的不二之選。
[0004] BiOBr是一種間接半導(dǎo)體材料，它的帶系能約為2. 69eV，且不受合成條件的影響 而變化。而BiOBr材料的形貌和結(jié)晶度卻取決于水熱合成的溫度和時間。在降解甲基橙染 料的過程中這種片狀BiOBr顯示出很高的先催化活性。因此，將BiOBr與Bi2O3復(fù)合形成一 定結(jié)構(gòu)和形貌的復(fù)合材料，使BiOBr與Bi2O3的光催化性能產(chǎn)生協(xié)同，得到優(yōu)異催化性能的 材料，有望在廢水處理和有機污染物的降解方面有應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種BiOBr/Bi2O3異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑的制備方法。
[0006] 一、BiOBr/Bi2O3異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑的制備 我們知道，光催化性能與材料的形貌、尺寸、結(jié)構(gòu)聯(lián)系緊密，而復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)取 決于其制備方法。本發(fā)明BiOBiVBi2O3異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑的制備，是通過在Bi 203表面原位 水解合成BiOBr，形成表面為層狀3D納米結(jié)構(gòu)的BiOBiVBi2O3。具體制備工藝為：將Bi 2O3充分溶解于HBr溶液中，用氨水調(diào)節(jié)pH=4-8,于40~50°C攪拌反應(yīng)0. 5~1 h，離心，洗滌，干 燥之后，在200~400°0下高溫煅燒1~4 11，即得扮0817^1203異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑。
[0007] 上述 HBr 溶液中，HBr 的濃度為 0· 4~0. 6 mol · L-1HBrtj
[0008] 本發(fā)明可通過調(diào)整體系的pH及Bi2O3與HBr的摩爾比來調(diào)整復(fù)合催化劑BiOBr/ Bi2O3中BiOBr的負(fù)載量。實驗表明，在調(diào)整體系的pH=4-8, Bi 203與HBr的摩爾比為 I: I. 4~1:2時，復(fù)合催化劑BiOBr/Bi2O3中BiOBr的負(fù)載量在65~85%之間，且BiOBr在這個 負(fù)載范圍內(nèi)，表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。
[0009] 二、催化劑的晶體結(jié)構(gòu)與形貌分析 UXRD分析 圖 1 為催化劑的 XRD 圖：（a) Bi2O3; (b) 85% BiOBr/Bi 203，pH=6 ; (c) 75% BiOBr/Bi2O3, pH=4 ； (d) 75% BiOBr/Bi2O3^ PH=6 ； (e) 75% BiOBr/Bi2O3^ PH=8 ； (f) 65% BiOBr/Bi2O3^ pH=6。（g)BiOBr。從圖I可以看出，不同負(fù)載量的Bi0Br/Bi203復(fù)合物都出現(xiàn)了相似的衍 射峰。如圖I a，合成的在27. 4°和33. 2°分別出現(xiàn)的衍射峰可以與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS :No. 41 -1449中（120 )(200 )晶面相對應(yīng)，并無其他衍射峰出現(xiàn)。合成的BiOBr與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS : No. 73-2061相對比，屬于四方晶相，也沒有出現(xiàn)其他的雜質(zhì)峰，對照所有的復(fù)合物，我們發(fā) 現(xiàn)，Bi2O3的存在并沒有使復(fù)合物的晶型發(fā)生改變。
[0010] 2、SEM 分析 圖 2 為催化劑的 SEM 圖：（a)純 Bi2O3; (b)純 BiOBr ; (c) BiOBr /Bi 203,從圖 2 a 可以看出，Bi2O3是由均勻的2 μ m的納米片組成，但是分散性并不是很好。然而從b圖我們 可以看到，BiOBr的分散性良好，整個形貌呈現(xiàn)出單個的花狀納米片的結(jié)構(gòu)，直徑較大，在5 ym左右。圖2(c)顯示，復(fù)合物的形貌為直徑在2~5 μπι的片層結(jié)構(gòu)組成的3D層狀納米 結(jié)構(gòu)，這些顆粒由不規(guī)則的光滑納米片組成，所形成的粗糙的表面可能會增大其比表面積， 有利于提尚其光催化性能。
[0011] 3、紅外光譜分析 圖3為BiOBr和75% pH=6 BiOBr /Bi2O3的紅外光譜圖。從圖3可以看出，在BiOBr和 75% pH=6 BiOBr /Bi2O3的紅外光譜圖中，520 CnT1出現(xiàn)的最強的峰歸屬于BiOBr中Bi-O 化學(xué)鍵的振動峰；而75% pH=6 BiOBr /Bi2O3在432 CnT1出現(xiàn)的則是Bi2O3的特征峰。75% BiOBr /Bi2O3中同時出現(xiàn)的BiOBr和Bi 203的特征峰可以證明其存在。
[0012] 4、紫外漫反射光譜分析 圖4是已本發(fā)明合成催化劑的紫外漫反射光譜。圖4所示，相比于已經(jīng)報道的數(shù)據(jù)而 言，BiOBr的吸收邊有紅移的趨勢，這可能與合成方法有關(guān)。BiOBr /Bi2O3復(fù)合物的吸收邊 同樣在可見光區(qū)，相比于純的BiOBr，吸收邊表現(xiàn)出擴大的趨勢。純的BiOBr的吸收邊在455 nm，對應(yīng)的禁帶寬度為2. 68 eV，而本發(fā)明復(fù)合物在可見光區(qū)的吸收邊有紅移的趨勢，禁帶 寬度最窄到2.12 eV (圖5所示)。這些現(xiàn)象表明，異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)特征確實能夠誘發(fā)產(chǎn)生更 多的光生電子和空穴，這也許能提高其光催化性能。
[0013] 6、氮氣吸脫附試驗 樣品的比表面積大小和孔徑分布可通過氮氣吸脫附試驗獲得。表1為樣品的比表面 積、孔體積、孔徑以及禁帶寬度數(shù)據(jù)表。
【主權(quán)項】
1. 一種BiOBr/Bi 203異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑的制備方法，是將Bi 203充分溶解于HBr溶液 中，攪拌下使HBr在Bi2O3表面原位水解合成BiOBr，形成表面為層狀3D納米結(jié)構(gòu)的BiOBr/ Bi203。
2. 如權(quán)利要求1所述BiOBr/Bi 203異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于：將Bi 203溶解于HBr溶液中，用氨水調(diào)節(jié)pH=4-8,于40~50°C攪拌反應(yīng)0. 5~1 h，離心，洗滌，干燥之 后，高溫煅燒，即得BiOBr/Bi2O3異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑。
3. 如權(quán)利要求1或2所述BiOBr/Bi 203異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于：上 述HBr溶液中，HBr的濃度為0· 4~0. 6 mol · L 1O
4. 如權(quán)利要求1或2所述BiOBr/Bi 203異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于： Bi2O3與Hfc的摩爾比為1:1. 4~1:2〇
5. 如權(quán)利要求1所述BiOBr/Bi 203異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于：上述高 溫煅燒是在200~400°C下煅燒1~4 h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種BiOBr/Bi2O3異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑的制備方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域和光催化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過在Bi2O3表面原位水解合成BiOBr，形成表面為層狀3D納米結(jié)構(gòu)的BiOBr/Bi2O3?？赏ㄟ^調(diào)整體系的pH及Bi2O3與HBr的摩爾比來調(diào)整復(fù)合催化劑中BiOBr的負(fù)載量。實驗表明，在調(diào)整體系的pH=4-8，Bi2O3與HBr的摩爾比為1:1.4~1:2時，復(fù)合催化劑BiOBr/Bi2O3中BiOBr的負(fù)載量在65~85%之間，且BiOBr在這個負(fù)載范圍內(nèi)，表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能，在廢水處理和有機污染物的降解方面有應(yīng)用前景。另外，該催化劑很容易分離，經(jīng)過三次循環(huán)使用之后并沒有明顯的損失。
【IPC分類】B01J35-10, B01J27-06
【公開號】CN104826637
【申請?zhí)枴緾N201510070040
【發(fā)明人】王其召, 焦丹花, 張淑玲, 杜仲奕, 楊文娟, 俞潔, 蘇碧桃
【申請人】西北師范大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年2月10日