[發明專利]一種超薄鹵氧化鉍納米片及其制備和應用

在審

• 申請號: 201810114010.6
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108380226A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 葉立群;王麗;馬照宇;謝海泉
• 申請（專利權）人: 南陽師范學院
• 主分類號: B01J27/06
• 分類號: B01J27/06;B01J35/02;C01B32/40;C07C1/02;C07C9/04;C10L3/08
• 代理公司: 鄭州銘晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41134
• 代理人: 李靜雅

本發明公開了一種超薄鹵氧化鉍納米片及其制備和應用，所述的超薄鹵氧化鉍納米片以五水硝酸鉍、氯化鉀或者溴化鉀為原料，以羥丙基瓜爾豆膠作為增稠劑，采用水解法低溫制備。該制備方法工藝簡單、成本低廉、綠色環保、易于控制并大規模生產，制備過程中加入瓜爾豆膠作為增稠劑，使得各種原料混合更加均勻，從而避免了制備過程中大分子顆粒團聚的發生，有利制備出比表面積更大，更加超薄的鹵氧化鉍光催化劑；同時制得的超薄鹵氧化鉍納米片為納米級別的層狀結構，能在可見光范圍內響應，穩定性更強、催化效率更高，在光催化還原CO₂領域具有顯著效果和巨大的應用空間。

【技術領域】

本發明屬于光催化技術領域，具體涉及一種超薄鹵氧化鉍納米片及其制備和應用。

【背景技術】

隨著人口的快速增長和現代工業的不斷發展，環境污染和能源匱乏問題日益嚴峻，尤其是以煤、石油、天然氣為主的化石能源燃燒而引起的CO₂過量排放更成為近年來人們關注的熱點。因此如何解決CO₂過量排放所造成的溫室效應，將 CO₂有效轉化為清潔能源，實現CO₂的減排和碳資源的循環利用，緩解化石能源過度使用引起的能源危機已成為眾多科研工作者研究的重點。

近年來，光催化技術作為一種在半導體催化劑作用下利用光能進行環境凈化和能量轉化的新型技術，由于它具有無選擇性、氧化能力強、反應速度快、處理效率高，無二次污染等諸多優點，已被廣泛應用到有機合成、催化化學、生物醫學、環境治理和能源生產等各個領域。目前普遍研究的應用到CO₂催化還原領域的半導體催化材料主要是TiO₂、CdS、ZnO、Cu₂O等寬禁帶半導體材料，但是由于它們只能受到太陽光中含量較低的紫外光激發，這不僅嚴重影響了它們對太陽光的有效利用，而且較高的載流子復合率導致其具有較低的量子效率，從而使得光催化效率降低，更是不利于其大規模應用及商業推廣，因此開發和研制在可見光范圍內有效光催化還原CO₂的光催化材料已是大勢所趨。

鹵氧化鉍BiOX (X = Cl、Br、I) 是近幾年被發現的一類新型光催化劑，其自身特有的開放式片層結構、內部電場和間接躍遷模式使其具有較好的光催化活性，能被大部分可見光激發。但是由于其單體的電子-空穴復合效率較高，其催化性能還有待于提高。研究表明鹵氧化鉍BiOX光催化活性與材料粒子的尺寸和形貌息息相關，一方面具有明顯層狀結構的BiOX，雙層鹵素原子交錯排列的[Bi₂O₂]平板層在BiOX內部能夠形成自身內電場，誘導光生電子-空穴對的有效分離，有利于載流子分離效率增強；另一方面超薄的BiOX二維晶體能夠有效的增大其比表面積，提高表面于光子接觸范圍，有利于光子吸收效率的增強。因此進一步調控鹵氧化鉍BiOX材料粒子的尺寸和形貌，并改進其制備工藝和條件，對于提高其催化性能具有十分重要的意義。此外，目前關于鹵氧化鉍光催化劑的報道主要是在光降解有機染料領域，而其作為 CO₂光還原催化劑的報道還尚未發現。

【發明內容】

本發明要解決的問題是針對以上不足，提供一種工藝簡單、成本低廉、催化效率高、穩定性強、易于操作并大規模生產的超薄鹵氧化鉍納米片及其制備和應用。

本發明采用的技術方案如下：

一種超薄鹵氧化鉍納米片的制備方法，包括以下步驟：

（1）稱取瓜爾豆膠和五水硝酸鉍，混合均勻后研磨得前驅體；

（2）將上述制得的前驅體緩慢加入到含有含鹵素陰離子的水溶液中，混合攪拌均勻制得糊狀液體；

（3）向糊狀液體中加入水，然后攪拌反應制得產物，然后將產物洗滌、干燥制得超薄鹵氧化鉍納米片。

具體的，所述步驟（1）中瓜爾豆膠的用量為五水硝酸鉍質量的0.2%-2%，研磨時間為30-45min。