[發(fā)明專利]BiOBr可見(jiàn)光催化薄膜及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210516728.0
• 申請(qǐng)日: 2012-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103007967A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉芳;霍宇凝;潘改芳;鐘加輝;胡昌群;李和興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/06
• 分類號(hào): B01J27/06;A62D3/17;A62D101/28
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 吳瑾瑜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光催化材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及離子液體輔助醇熱法制備片狀BiOBr光催化薄膜的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著全球工業(yè)的高速發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題已日益凸顯。光催化技術(shù)因可利用太陽(yáng)能解決環(huán)境污染問(wèn)題而備受青睞。同時(shí)，半導(dǎo)體光催化技術(shù)具有效率高、能耗低、反應(yīng)條件溫和、適用范圍廣和可減少二次污染等突出優(yōu)點(diǎn)。其中二氧化鈦由于其光催化活性高、穩(wěn)定性高、安全無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。同時(shí)納米TiO₂薄膜材料由于具有高透射性、高光電轉(zhuǎn)換效率、紫外線屏蔽性以及紅外線反射性等特性在廢水處理、抗菌自潔、太陽(yáng)能電池、氣體敏感器等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但是由于TiO₂本身禁帶寬度較大，只能吸收紫外光，對(duì)太陽(yáng)光的利用率低，因而在實(shí)際應(yīng)用中存在較大的局限性。發(fā)展新型非TiO₂系的薄膜光催化材料是解決這一問(wèn)題的途徑之一，在大幅提高可見(jiàn)光利用率的同時(shí)獲得更高的實(shí)用利用價(jià)值。Bi系光催化材料由于其6s軌道能與O的2p軌道雜化，故而能有效提高價(jià)帶位置，令其在可見(jiàn)光區(qū)有很好的響應(yīng)。其中BiOBr光催化劑因其優(yōu)異的可見(jiàn)光催化性能而被廣泛關(guān)注。已有不同形貌的BiOBr粉體光催化劑及其與其它半導(dǎo)體材料形成的復(fù)合材料應(yīng)用于污染物降解的研究報(bào)道。但是目前的研究仍集中在粉體催化劑，尚無(wú)成功制備BiOBr光催化薄膜的研究工作。我們首次利用離子液體輔助醇熱法成功制備了BiOBr光催化薄膜，解決了粉體催化劑在實(shí)際應(yīng)用中難以分離回收的問(wèn)題。通過(guò)調(diào)控BiOBr光催化薄膜在玻璃基底上的晶體生長(zhǎng)過(guò)程，獲得了高結(jié)晶度的與基底牢固結(jié)合的片狀BiOBr光催化薄膜，增強(qiáng)了對(duì)可見(jiàn)光的吸收，有效提高了光催化薄膜的催化活性，為今后的實(shí)際應(yīng)用奠定了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)便的BiOBr光催化薄膜制備方法，并并將其應(yīng)用于可見(jiàn)光下降解羅丹明B染料污染物。所獲得的BiOBr光催化薄膜具有片狀結(jié)構(gòu)，片層厚度約為24nm，薄膜結(jié)晶度高，具有優(yōu)異的可見(jiàn)光催化活性。

本發(fā)明BiOBr光催化薄膜的制備步驟詳述如下：

（1）稱取Bi(NO₃)₃·5H₂O加入乙二醇與異丙醇的混合溶液中，攪拌至溶解后加入3-甲基-十六烷基咪唑溴鹽（[C₁₆min]Br），繼續(xù)攪拌至溶液澄清；

（2）將玻璃片直立于水熱釜中，加入步驟（1）所得澄清溶液，于160-170℃下反應(yīng)4-12h，取出玻璃片用乙醇洗滌3-5次并在室溫下干燥后在350-450℃下焙燒4-5h，即可得到高結(jié)晶度、均勻分布的片狀BiOBr光催化薄膜。

步驟（1）中Bi(NO₃)₃·5H₂O與乙二醇與異丙醇的混合溶液的固液比優(yōu)選為2.5×10^-3g/mL-3×10^-3g/mL。

步驟（1）中乙二醇與異丙醇的體積比例為2:38至40:0，優(yōu)選5:35。

步驟（1）中Br/Bi摩爾比為1:1至4:1，優(yōu)選2:1。

步驟（2）中水熱釜中反應(yīng)優(yōu)選在160℃下反應(yīng)8h。

步驟（2）中焙燒溫度優(yōu)選400℃，焙燒時(shí)間優(yōu)選4h。

進(jìn)一步，為了有效抑制BiOBr在生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生團(tuán)聚，可先對(duì)玻璃表面預(yù)處理：

將普通鈉鈣玻璃先后用鹽酸溶液和無(wú)水乙醇超聲洗凈后置于80-90℃烘箱干燥；將烘干的玻璃片直立于水熱釜中，加入去離子水，放入烘箱于180-200℃下保持6-8h，取出后用無(wú)水乙醇和去離子水洗凈3-5次，放置室溫下干燥。

處理后的玻璃表面形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可有效抑制BiOBr在生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生團(tuán)聚。

通過(guò)以下手段對(duì)BiOBr光催化薄膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征：采用RigakuD/Max-RB型X射線衍射儀測(cè)量的X射線衍射（XRD）圖譜進(jìn)行樣品的結(jié)構(gòu)分析，采用JEOL?JSM-6380LV型掃描電鏡獲得的掃描電鏡（SEM）照片分析樣品的形貌結(jié)構(gòu)。

上述方法制備的BiOBr可見(jiàn)光催化薄膜與玻璃基底牢固結(jié)合，薄膜呈片狀垂直于基底，其晶型為純相的四方BiOBr晶相（JCPDS93-0393）。