[發明專利]一種Bi2O3/BiOX納米異質結構空心球及其制備方法

有效

• 申請號: 201410346445.5
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104174415A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 朱麗萍;宋輝;李亞光
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J27/08
• 分類號: B01J27/08;B01J27/10;C02F1/30;B01D53/86;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種Bi₂O₃/BiOX納米異質結構空心球及其制備方法，尤其涉及一種具有高比表面積的Bi₂O₃/BiOX(X=Cl,?Br或I)納米異質結構空心球及其制備方法。

背景技術

現代社會高速發展，環境污染問題和能源危機己經成為人類面臨的兩大難題。由于半導體光催化技術可以在室溫下充分利用太陽光，而且具有低成本、無污染等優點，是較優的環境友好型技術之一，得到了普遍的關注。它一方面可以將太陽能轉化為無污染潔凈的電能和氫能，另一方面，光催化過程中產生的大量氧化物可以降解水和大氣中的有機污染物，從而解決環境污染問題，有望成為能夠同時解決環境和能源問題的有效方法之一。異質結，是兩種不同的半導體相接觸所形成的界面區域。按照兩種材料的導電類型不同，異質結可分為同型異質結（p-p結或n-n結）和異型異質(p-n或p-n)結，多層異質結稱為異質結構。通常形成異質結的條件是：兩種半導體有相似的晶體結構、相近的原子間距和熱膨脹系數。異質結常具有兩種半導體各自的pn結都不能達到的優良的光電特性，如量子效應、超晶格、二維電子氣等，使它適宜于制作超高速開關器件、太陽能電池以及半導體激光器等。

由于Bi₂O₃具有特殊的禁帶寬度以及能級位置，使其只具有光降解能力而無光催化產氫能力，且其不耐酸性溶液。BiOX(X=Cl,?Br或I)作為一種新型的多元鉍金屬氧化物光催化劑，由于具有可見光響應弱、光催化劑量子效率等缺點，限制其應用。若將Bi₂O₃和BiOX(X=Cl,?Br或I)制成Bi₂O₃/BiOX(X=Cl,?Br或I)異質結，則可避免兩者的缺點。而現有技術中，制備的Bi₂O₃/BiOCl異質結具有比表面積極低且兩種半導體材料的異質界面結晶質量不高等缺點，影響了其性能，限制其應用。

發明內容

本發明提供一種具有高比表面積的Bi₂O₃/?BiOX(X=Cl,?Br或I)納米異質結構空心球及其制備方法。

本發明的Bi₂O₃/BiOX納米異質結構空心球，其球殼由兩層組成，外層為BiOX，X=Cl,?Br或I，內層為Bi₂O₃，內、外層的厚度分別在10納米以下，空心球直徑為80～600納米。

上述Bi₂O₃/BiOX納米異質結構空心球的制備方法，步驟如下：

1）配置吸附溶液：將五水硝酸鉍加入到DMF中，攪拌直至硝酸鉍完全溶解，配置成鉍離子濃度為0.01~0.1?mol/L吸附溶液；

2）吸附：將表面具有羧基和羥基的碳球、PS球或SiO₂球模板浸入步驟1）的吸附溶液中，使球狀模板含量為1g/L~100g/L，超聲振蕩使球狀模板充分分散，攪拌吸附12~24h后離心或抽濾，于40～100℃干燥2～48h，獲得吸附后的球狀模板；

?3）除模板：將經步驟2）處理的碳球或PS球模板以1℃/分的速率升溫至300~350℃熱處理4～8h，去除碳球或PS球模板獲得Bi₂O₃空心球殼體；或者將經步驟2）處理的SiO₂球以1℃/分的速率升溫至300~350℃熱處理4～8h后，再浸入溫度為20～100℃，濃度為1～20M的NaOH溶液中保持0.5～24h，去除SiO₂球模板獲得Bi₂O₃空心球殼體；

4）酸化：將步驟3）制得的Bi₂O₃空心球殼體置于1~5?mol/L的HX溶液中，X=Cl,?Br或I，使其含量為1g/L~10g/L，攪拌反應1～5h，獲得Bi₂O₃/BiOX的納米異質結構空心球，X=Cl,?Br或I。