[發明專利]一種調控溴氧鉍暴露晶面的方法

有效

• 申請號: 201610163631.4
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105836799B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 陳嶸;丁杰;楊浩;趙慧平;程剛
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明屬于化學化工和功能材料的技術領域，具體涉及一種調控溴氧鉍暴露晶面的方法。

背景技術

半導體光催化劑由于在能源轉換和環境治理方面的廣泛應用，從而引起國內外研究者越來越多的研究興趣。但是，半導體光催化材料催化效率低下一直制約著光催化從基礎研究走向工業化應用。眾所周知，光催化反應是發生在半導體材料的表面，因此，光催化劑的表面原子組成與空間分布對光催化活性的影響起著決定性的作用，而不同的表面原子排布與材料的晶面暴露直接相關。因此合成具有高活性晶面暴露的光催化材料對研究催化反應歷程，提升催化反應效率具有至關重要的意義。

自2008年，Lu課題組基于理論計算得出當F吸附在二氧化鈦(001)晶面時會顯著降低其表面能量，并且利用F^-的溶液中水熱合成出47％(001)晶面的二氧化鈦，晶面調控的研究開始引起科研人員的關注。但是，在晶體生長過程中，由于表面能最小化而導致最高反應活性的表面暴露迅速減少，因此，開發一種能夠簡易調控不同暴露晶面光催化劑的方法成為亟待解決的難題。

鹵氧鉍是一種優異的光催化劑，特別是其在可見光下具有催化效果而引起了研究者的廣泛興趣。近年來關于調控鹵氧鉍光催化劑暴露晶面的文獻已有報道。如Zhang等人(Journal of American Chemical Society,2012,134,4473-4476)制備了不同暴露晶面的氯氧鉍，以五水硝酸鉍和氯化鈉水溶液為前驅體，采用水熱法在160℃下反應24h，通過氫氧化鈉調控反應溶液的pH值得到主要暴露晶面分別為(001)和(010)的氯氧鉍。Po等人(Journal of Materials Chemistry A,2015,3,15148-15155)也報道了以五水硝酸鉍和溴化鉀為原料，通過氫氧化鈉調節溶劑的pH值合成主要暴露晶面分別為(001)和(010)的溴氧鉍的方法。其具體方法是，將五水硝酸鉍溶解在0.01mol/L的硝酸中，然后與溴化鉀溶液混合，在160℃的條件下反應12h得到(001)暴露晶面的溴氧鉍納米片，當把溶液pH值用氫氧化鈉溶液調至6的時候，再在相同條件下反應12h得到(010)暴露晶面的溴氧鉍納米片。由于該制備過程中使用了強酸和強堿，會產生大量的廢水，造成環境污染。因此，我們亟需尋找一種更加綠色環保的方法來調控溴氧鉍的暴露晶面。

發明內容

本針對目前技術存在的不足，本發明的目的是提供一種綠色環保的方法來調控溴氧鉍的暴露晶面，該方法采用甘露醇水溶液作為反應溶劑，無需加入強酸和強堿，僅需控制反應時間就能得到不同暴露晶面的溴氧鉍。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種調控溴氧鉍暴露晶面的方法，包括如下步驟：

1)將硝酸鉍溶解于甘露醇水溶液中，然后加入溴化鈉水溶液，進行超聲分散，得均勻的白色懸濁液；

2)將所得白色懸濁液轉入密閉的反應釜中，加熱至180～200℃恒溫反應3～24h，反應結束后，將所得產物進行離心分離、洗滌和干燥，通過調控恒溫反應時間，可以得到不同暴露晶面的溴氧鉍納米片狀材料。

上述方案中，步驟2)中所述恒溫反應時間為3～6h時，得主要暴露晶面為(001)的溴氧鉍納米片狀材料。

上述方案中，步驟2)中所述恒溫反應時間為12～24h時，得主要暴露晶面為(010)的溴氧鉍納米片狀材料。

上述方案中，步驟2)所述恒溫反應時間大于6h小于12h時，可實現由(001)晶面向(010)晶面的轉化過程，所得溴化鈉納米片狀材料的暴露晶面為(001)晶面和(010)晶面二者共存。

上述方案中，所述硝酸鉍與溴化鈉的添加量分別以其引入的鉍離子和溴離子為準，其中鉍離子與溴離子的摩爾比為1:1。

上述方案中，所述甘露醇水溶液的濃度為0.1～0.5mol/L。

上述方案中，所述硝酸鉍與甘露醇的摩爾比為1:(1.25～12.5)。

本發明通過控制恒溫反應時間來調控溴氧鉍的暴露晶面，反應機理為：硝酸鉍在甘露醇水溶液中水解出鉍氧正離子(BiO⁺)，鉍氧正離子(BiO⁺)與溴離子(Br^-)成核得到溴氧鉍晶核，然后甘露醇分子與溴氧鉍終端氧原子發生反應，反應過程中，溶劑甘露醇會發生一系列的分子與分子之間的縮合反應或者分子內的縮合反應，從而導致溶劑的粘度以及pH值等物理化學性質發生改變，并隨著反應時間的延長，使得溴氧鉍晶核的表面能發生改變，而表面能的高低決定著晶面的暴露，從而得到不同暴露晶面的溴氧鉍材料。