一種調控溴氧鉍暴露晶面的方法
【專利摘要】本發明公開了一種調控溴氧鉍暴露晶面的方法,包括如下步驟: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,得到均勻的白色懸濁液;將所得白色懸濁液轉入密閉的反應釜中,加熱進行恒溫反應,反應結束后,進行離心分離、洗滌和干燥,得不同暴露晶面的溴氧鉍納米材料。本發明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材料,且涉及的工藝簡單,無需添加強酸或強堿,對不同暴露晶面的調控只需控制反應時間即可完成,環境友好,有利于實現規模化生產。
【專利說明】
一種調控溴氧鉍暴露晶面的方法
技術領域
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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祕,以五水硝酸祕和氯化鈉水溶液為前驅體,采用水熱法在160°C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祕和溴化鉀為原料,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0.0lmol/L的硝酸中,然后與溴化鉀溶液混合,在160°C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】
[0005]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。
[0006]為實現上述目的,本發明采用的技術方案為:
[0007 ] 一種調控漠氧秘暴露晶面的方法,包括如下步驟:
[0008]I)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;
[0009]2)將所得白色懸濁液轉入密閉的反應釜中,加熱至180?200°C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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]上述方案中,所述甘露醇水溶液的濃度為0.1?0.5mol/L。
[0015]上述方案中,所述硝酸鉍與甘露醇的摩爾比為1:(1.25?12.5)。
[0016]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(B1+),鉍氧正離子(B1+)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。
[0017]本發明的有益效果為:本發明通過在硝酸鉍和溴化鈉的反應過程中,加入甘露醇作為反應溶劑并通過反應時間來調控所得溴氧鉍的暴露晶面,控制方法簡單,無需額外添加酸堿或想溶劑中添加特定離子,且產量高、重復性好,適合推廣應用。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明實施例1制備的B1Br納米材料的XRD譜圖。
[0019]圖2為本發明實施例1制備的B1Br納米材料的HRTEM圖。
[0020]圖3為本發明實施例5制備的B1Br納米材料的XRD譜圖。
[0021 ] 圖4為本發明實施例5制備的B1Br納米材料的HRTEM圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例及附圖對本發明做進一步描述,本發明要求保護的范圍并不局限于實施例表述的范圍。
[0023]實施例1
[0024]—種調控溴氧鉍暴露晶面的方法,包括如下步驟:
[0025]I)將Immol五水硝酸鉍超聲溶解于25mL濃度為0.lmol/L的甘露醇水溶液中,然后加入1ml濃度為0.lmol/L溴化鈉水溶液,進行超聲分散,得到均勻的白色懸濁液;
[0026]2)將所得白色懸濁液轉移至密閉的反應釜中,加熱至180°C恒溫反應3h,反應結束后,進行離心分離、洗滌(用純水和乙醇洗滌)和烘干(60 °C),得最終產物(B1Br納米材料)。
[0027]將本實施例所得產物進行X射線衍射分析,從圖1中可以看出,所得產物與標準卡片(B1Br JCPDS 73-2061)完全吻合,無雜質峰,說明合成的物質即為溴氧鉍,且峰型較尖銳,說明產物結晶性良好。圖2為本發明所得產物的HRTEM圖,從圖中可以清晰地看出晶格條紋,根據晶帶軸方程計算得出在本實施例所述條件下合成的溴氧鉍材料的主要暴露晶面為
(001)面。
[0028]實施例2
[0029]—種調控溴氧鉍暴露晶面的方法,包括如下步驟:
[°03°] I)將Immol五水硝酸祕超聲溶解于25mL濃度為0.5mol/L的甘露醇水溶液中,然后加入1ml濃度為0.lmol/L溴化鈉水溶液,進行超聲分散,得到均勻的白色懸濁液;
[0031]2)將所得白色懸濁液轉移至密閉的反應釜中,加熱至200°C恒溫反應6h,反應結束后,進行離心分離、洗滌(用純水和乙醇洗滌)和烘干(60 °C),得B1Br納米材料。
[0032]測試結果表明,本實施例所得B1Br納米材料的主要暴露晶面為(001)面。
[0033]實施例3
[0034]—種調控溴氧鉍暴露晶面的方法,包括如下步驟:
[0035]I)將2mmol五水硝酸鉍超聲溶解于25mL濃度為0.lmol/L的甘露醇水溶液中,然后加入4ml濃度為0.5mol/L溴化鈉水溶液,進行超聲分散,得到均勻的白色懸濁液;
[0036]2)將所得白色懸濁液轉移至密閉的反應釜中,加熱至180°C恒溫反應6h,反應結束后,進行離心分離、洗滌(用純水和乙醇洗滌)和烘干(60 °C),得B1Br納米材料。
[0037]試測結果表明,本實施例所得B1Br納米材料的主要暴露晶面為(001)面。
[0038]實施例4
[0039]—種調控溴氧鉍暴露晶面的方法,包括如下步驟:
[0040]I)將5mmol五水硝酸祕超聲溶解于25mL濃度為0.3mol/L的甘露醇水溶液中,然后加入50ml濃度為0.lmol/L溴化鈉水溶液,進行超聲分散,得到均勻的白色懸濁液;
[0041]2)將所得白色懸濁液轉移至密閉的反應釜中,加熱至180°C恒溫反應6h,反應結束后,進行離心分離、洗滌(用純水和乙醇洗滌)和烘干(60 °C),得B1Br納米片狀材料。
[0042]試測結果表明,本實施例所得B1Br納米材料的主要暴露晶面為(001)面。
[0043]實施例5
[0044]—種調控溴氧鉍暴露晶面的方法,包括如下步驟:
[0045]I)將Immol五水硝酸鉍超聲溶解于25mL濃度為0.lmol/L的甘露醇水溶液中,然后加入1ml濃度為0.lmol/L溴化鈉水溶液,進行超聲分散,得到均勻的白色懸濁液;
[0046]2)將所得白色懸濁液轉移至密閉的反應釜中,加熱至180°C恒溫反應12h,反應結束后,進行離心分離、洗滌(用純水和乙醇洗滌)和烘干(60 °C ),得最終產物(B1Br納米材料)。
[0047]將本實施例所得產物進行X射線衍射分析,從圖3中可以看出,所得產物與標準卡片(B1Br,JCPDS 73-2061)完全吻合,無雜質峰,說明所得產物為溴氧鉍,且峰型較尖銳,說明產物結晶性良好。圖4為本發明所得產物的HRTEM圖,從圖中可以清晰地看出晶格條紋,根據晶帶軸方程計算得出在本實施例所述條件下合成的溴氧鉍材料的主要暴露晶面為(010)面。
[0048]實施例6
[0049]—種調控溴氧鉍暴露晶面的方法,包括如下步驟:
[0050]I)將Immol五水硝酸鉍超聲溶解于25mL濃度為0.5mol/L的甘露醇水溶液中,然后加入1ml濃度為0.lmol/L溴化鈉水溶液,進行超聲分散,得到均勻的白色懸濁液;
[0051]2)將所得白色懸濁液轉移至密閉的反應釜中,加熱至180°C恒溫反應18h,反應結束后,進行離心分離、洗滌(用純水和乙醇洗滌)和烘干(60 °C),得B1Br納米片狀材料。
[0052]測試結果表明,本實施例所得B1Br納米材料的主要暴露晶面為(010)面。
[0053]實施例7
[0054]一種調控溴氧鉍暴露晶面的方法,包括如下步驟:
[0055]I)將2mmol五水硝酸鉍超聲溶解于25mL濃度為0.lmol/L的甘露醇水溶液中,然后加入30ml濃度為0.lmol/L溴化鈉水溶液,進行超聲分散,得到均勻的白色懸濁液;
[0056]2)將所得白色懸濁液轉移至密閉的反應釜中,加熱至200°C恒溫反應12h,反應結束后,進行離心分離、洗滌(用純水和乙醇洗滌)和烘干(60 °C),得B1Br納米片狀材料。
[0057]測試結果表明,本實施例所得B1Br納米材料的主要暴露晶面為(010)面。
[0058]實施例8
[0059]—種調控溴氧鉍暴露晶面的方法,包括如下步驟:
[0000]I)將5mmol五水硝酸祕超聲溶解于25mL濃度為0.3mol/L的甘露醇水溶液中,然后加入1ml濃度為0.5mol/L溴化鈉水溶液,進行超聲分散,得到均勻的白色懸濁液;
[0061]2)將所得白色懸濁液轉移至密閉的反應釜中,加熱至180°C恒溫反應24h,反應結束后,進行離心分離、洗滌(用純水和乙醇洗滌)和烘干(60 °C),得B1Br納米片狀材料。
[0062]測試結果表明,本實施例所得B1Br納米材料的主要暴露晶面為(010)面。
[0063]以上內容是結合具體實施例對本發明所作的進一步說明,不能認定本發明的范圍只局限于這些說明。在不脫離本發明構思的前提下,所做出若干推演或替換,都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種調控溴氧鉍暴露晶面的方法,其特征在于,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°C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漠氧秘納米片狀材料。2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,步驟2)中所述恒溫反應時間為3?6h,得主要暴露晶面為(001)面的溴氧鉍納米片狀材料。3.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,步驟2)中所述恒溫反應時間為12?24h,得主要暴露晶面為(010)面的溴氧鉍納米片狀材料。4.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,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。5.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,所述甘露醇水溶液的濃度為0.1?0.5mol/L06.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,所述硝酸鉍與甘露醇的摩爾比為1:(1.25?12.5)0
【文檔編號】C01G29/00GK105836799SQ201610163631
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月22日
【發明人】陳嶸, 丁杰, 楊浩, 趙慧平, 程剛
【申請人】武漢工程大學