[發(fā)明專(zhuān)利]電氣石原位復(fù)合片狀鹵氧化鉍連續(xù)固溶體的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011121111.X
• 申請(qǐng)日: 2020-10-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112246258A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胥煥巖;王云飛;譚曲;金立國(guó);亓淑艷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J27/06
• 分類(lèi)號(hào): B01J27/06;B01J37/34;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及天然電氣石原位復(fù)合片狀鹵氧化鉍連續(xù)固溶體BiOX_xY_1?x（X,Y=Cl,Br,I,X≠Y,0x1）的制備方法，以獲得具有高可見(jiàn)光催化活性的復(fù)合光催化新材料，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。具體步驟：1）天然電氣石預(yù)處理后，稱(chēng)取一定質(zhì)量加入分散劑中，機(jī)械攪拌并輔之以超聲分散；2）稱(chēng)取一定質(zhì)量的鉍鹽加入到1）中，繼續(xù)攪拌并超聲分散；3）稱(chēng)取一定質(zhì)量鹵化物KX和KY放入另一燒杯中，加蒸餾水溶解；4）將3）中混合溶液逐滴加入到2）的混合懸浮液，滴加完畢停止超聲，繼續(xù)攪拌。抽濾，無(wú)水乙醇和蒸餾水交替洗滌至濾液呈中性；5）將4）中產(chǎn)物放入真空干燥箱內(nèi)晶化，冷卻后研磨，即得片狀BiOX_xY_1?x/電氣石復(fù)合光催化材料。所得產(chǎn)物可見(jiàn)光催化活性比BiOX_xY_1?x顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天然電氣石原位復(fù)合片狀鹵氧化鉍連續(xù)固溶體BiOX_xY_1-x(X,Y＝Cl,Br,I,X≠Y,0x1)的制備方法，以獲得具有高可見(jiàn)光催化活性的復(fù)合光催化新材料，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

環(huán)境污染與資源短缺既是我國(guó)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略優(yōu)先考慮的重大課題，也是21世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)所面臨的重大挑戰(zhàn)。光催化技術(shù)具有光分解水制氫和光降解有機(jī)污染物兩大功能，在能源利用、污染治理等領(lǐng)域倍受關(guān)注。利用光催化材料凈化空氣和水，已成為當(dāng)今世界引人注目的高新環(huán)境凈化技術(shù)。鹵氧化鉍BiOX(X＝Cl、Br、I)，屬于四方晶系，具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)，是一種高度各向異性的層狀半導(dǎo)體，這種層狀結(jié)構(gòu)非常容易沿[001]方向解離，被廣泛地用做光催化劑降解水中有機(jī)污染物。BiOCl、BiOBr和BiOI的禁帶寬分別為3.22eV、2.64eV和1.77eV，可以看出BiOX的禁帶寬隨著X電負(fù)性的減小而減小。BiOCl禁帶寬度較大，僅限于紫外光區(qū)范圍響應(yīng)，BiOI的禁帶寬度較小，但光生電子與空穴復(fù)合幾率大，這些缺點(diǎn)大大限制了它們的應(yīng)用。BiOBr具有合適的禁帶寬度，能實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光響應(yīng)，同時(shí)，它還是一種間接半導(dǎo)體，在可見(jiàn)光半導(dǎo)體光催化材料中有極大的應(yīng)用前景。然而，BiOBr也存在一些缺點(diǎn)，比如可見(jiàn)光利用率低、空穴-電子對(duì)容易復(fù)合、導(dǎo)帶位置不利于分子氧活化等。鹵氧化鉍光催化劑的復(fù)合改性對(duì)于實(shí)際應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義，鹵氧化鉍固溶體型復(fù)合催化劑BiOX_xY_1-x(X,Y＝Cl,Br,I,X≠Y,0x1)應(yīng)運(yùn)而生，并引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。復(fù)合體系中Bi³⁺空位對(duì)光生載流子有俘獲作用，可以降低空穴-電子對(duì)復(fù)合幾率。另外，相對(duì)于端員相而言，復(fù)合型催化劑如BiOCl_xBr_1-x、BiOCl_xI_1-x、BiOBr_xI_1-x(0x1)都具有更高的光催化性能和光熱穩(wěn)定性。

另外，根據(jù)半導(dǎo)體物理理論，在外電場(chǎng)作用下，半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生傾斜，光吸收邊出現(xiàn)紅移現(xiàn)象，外加電場(chǎng)還可以有效地驅(qū)散聚集在表/界面的光生電子，進(jìn)而抑制光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合，提高光催化效率，產(chǎn)生“光電催化效應(yīng)”。電氣石具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，在外界條件的影響下(溫度、壓力等)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷中心沿極性軸L³方向上發(fā)生不同的位移從而導(dǎo)致電氣石晶體中的電矩增大，晶體表面的電性增強(qiáng)。電氣石的這種自發(fā)極化電場(chǎng)效應(yīng)是永久的，表現(xiàn)為電氣石微粒周?chē)嬖陟o電場(chǎng)，這種自發(fā)電場(chǎng)的存在已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。受此啟發(fā)，結(jié)合電氣石的自發(fā)極化電場(chǎng)，本發(fā)明利用天然電氣石微粒原位復(fù)合片層狀BiOX_xY_1-x(X,Y＝Cl,Br,I,X≠Y,0x1)抑制電子-空穴復(fù)合，調(diào)制表/界面光生電荷輸運(yùn)機(jī)制，以提高其可見(jiàn)光催化活性。