[發(fā)明專利]一種富含氧空位的溴氧鉍超薄納米片光致變色材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110685351.0
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113401940B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張曉;王文壽;王旭;張云;趙敬梅
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00;B82Y40/00;C09K9/00;C09D105/12;C09D7/61
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王素平

本發(fā)明提供了一種富含氧空位的溴氧鉍超薄納米片光致變色材料及其制備方法與應(yīng)用。所述的溴氧鉍超薄納米片光致變色材料的結(jié)構(gòu)式為BiOBr，表面修飾有聚乙烯吡咯烷酮和甘露醇，其制備方法，包括步驟如下：將鉍源、聚乙烯吡咯烷酮和甘露醇加入水中，攪拌混勻后加入含有溴源的水溶液，將所得混合溶液進行水熱反應(yīng)，之后經(jīng)洗滌、干燥，即得。本發(fā)明制備的富含氧空位的溴氧鉍超薄納米片光致變色材料具有粒徑小、厚度薄、不易團聚、穩(wěn)定性好、純度高等特點，并且具有機械強度高、合成成本低且無副產(chǎn)物、無污染、熱穩(wěn)定性與化學穩(wěn)定性高、適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點，可以廣泛應(yīng)用于可擦重寫介質(zhì)、光致變色涂料、絲網(wǎng)印刷等領(lǐng)域，具有很高的實用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種富含氧空位的溴氧鉍超薄納米片光致變色材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于智能材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

可逆顏色轉(zhuǎn)換材料(PCSMs)由于在可擦重寫紙、智能窗和防偽中的應(yīng)用，逐漸引起人們的關(guān)注，尤其是具有光可逆顏色轉(zhuǎn)換特性的光致變色材料的發(fā)展得到了人們的極大關(guān)注。然而，有機光致變色材料存在合成復(fù)雜且副產(chǎn)物多，在紫外線(UV)照射會發(fā)生光降解等問題，是其實際應(yīng)用的嚴重障礙。而無機光致變色材料在熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和成本方面優(yōu)于有機光致變色材料，近年來得到了發(fā)展，比如二氧化鈦(TiO₂)、三氧化鉬(MoO₃)、三氧化鎢(WO₃)等。然而，目前所報道的無機光致變色材料存在電荷分離和轉(zhuǎn)移效率低、空穴清除能力差等問題，嚴重限制了它們的光還原活性。具有優(yōu)異的光可逆顏色轉(zhuǎn)換性能的無機可逆顏色轉(zhuǎn)換材料仍然難以實現(xiàn)，對于無機可逆顏色轉(zhuǎn)換材料的顏色切換機制的理解也很缺乏，這嚴重限制了它們的應(yīng)用。

二維(2D)超薄納米材料近來備受關(guān)注，并在光催化領(lǐng)域得到了廣泛的研究，因為與體塊材料相比，二維結(jié)構(gòu)大大減小了厚度，有效地縮短了載流子擴散距離，從而使電荷分離和轉(zhuǎn)移速度更快，極大地抑制了光生電子和空穴的復(fù)合。二維超薄納米材料的獨特功能為設(shè)計新型無機可逆顏色轉(zhuǎn)換材料帶來了廣闊的前景。此外，半導(dǎo)體納米粒子中氧空位的存在還可以作為電荷分離中心來抑制電子-空穴的復(fù)合速率，提高電荷分離效率。因此，探索具有大量氧空位的二維超薄納米材料提供了一種滿足快速顏色轉(zhuǎn)換速率和長可逆循環(huán)性無機可逆顏色轉(zhuǎn)換材料需求的方法。

鹵氧化鉍(BiOX，X＝Cl，Br，I)是一種三元半導(dǎo)體材料，由于其沿Z軸的[Bi₂O₂]²⁺呈各向異性層狀結(jié)構(gòu)，易于形成超薄甚至單層的納米片。正如之前的研究所證明的，當鹵氧化鉍納米片的厚度降低到原子水平時，其表面氧原子可以從晶格中分離出來，從而在納米片中產(chǎn)生氧空位。結(jié)合二維超薄結(jié)構(gòu)和氧空位的優(yōu)勢，鹵氧化鉍納米片表現(xiàn)出顯著增強的電荷分離和轉(zhuǎn)移效率，并確保了在固氮，二氧化碳還原和水分解中有效的光催化活性。然而，關(guān)于開發(fā)用于高效無機可逆顏色轉(zhuǎn)換材料的鹵氧化鉍納米片的研究卻幾乎沒有。

一般認為，鹵氧化鉍基材料中氧空位的存在會引起間接的子帶激發(fā)，從而改變其光學性質(zhì)(Ye,L.；Zan,L.；Tian,L.；Peng,T.；Zhang,J.The{001}FacetsDependent HighPhotoactivity of BiOCl Nanosheets.Chem.Commun.2011,47,6951-6953)。然而人們對于其光致變色的研究卻幾乎沒有，只有少數(shù)與有機染料結(jié)合的實例(Yang,Z.；Wang,D.；Zhang,Y.；Feng,Z.；Liu,L.；Wang,W.PhotoreductiveBiOCl Ultrathin Nanosheets forHighly Efficient Photocatalytic Color Switching.ACS Appl.Mater.Interfaces2020,12,8604-8613)，對于其自身變色能力的研究非常有限。