專利名稱：一種Au/BiOBr<sub>0.2</sub>I<sub>0.8</sub>可見光催化劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種Au/BiOBr(l.2Ia8可見光催化劑及其制備方法，屬于光催化技術領域。
背景技術：
近年來，能源短缺和環境污染日益成為威脅人類生存與健康的重大問題。光催化技術是一種以半導體為催化劑利用太陽能降解有機環境污染物的綠色環境治理新技術。TiO2化學性能穩定、無毒、價廉，是目前最具應用潛力的半導體光催化劑，但TiO2光催化劑禁帶較寬(Eg = 3.2 eV)，僅能被太陽光中的紫外光激發(占太陽能的3.8 %)，不能利用太陽光中的可見光，使得其太陽能利用率低，嚴重阻礙了其大規模商業化推廣。因此，研制可見光響應的光催化劑是提高太陽能利用率，并最終實現光催化技術產業化應用的關鍵。鹵氧化鉍BiOX (X = Cl ,Br，I)是近幾年被發現的一類新型光催化材料，其特有的開放式片層結構、內部電場和間接躍遷模式有利于空穴-電子對的有效分離和電荷轉移，使得BiOX具有較高的光催化活性。其中，BiOBr和BiOI的禁帶寬度分別為2.64和1.77eV，可利用大部分可見光進行激發。但由于單種鹵氧化鉍光催化劑的吸收波帶較窄，其光催化性能尚需進一步提高。利用兩種以上的半導體形成固溶體是一種有效調節能帶位置并獲得高性能光催化劑的手段。由于BiOBr和BiOI具有相同的晶體結構，因此，BiOBr和BiOI之間也能形成固溶體。目前對鹵氧化秘固溶體的研究才剛剛起步，如:最近Jia等采用溶劑熱法合成了具有三維納米結構的BiOBrxIh微球，發現其在可見光降解羅丹明B中的活性要高于單一的 BiOBr 和 BiOI (Z.F.Jia, F.M.Wang, F.Xin, B.Q.Zhang.1nd.Eng.Chem.Res., 2011, 50, 6688-6694)。貴金屬在半導體光催化劑表面的沉積可以改變體系的電子分布和半導體的表面性質，促進光生電子一空穴的有效分離，提高半導體的光催化活性。此外，貴金屬納米顆粒還具有強的表面等離子體效應，可增強半導體光催化劑對可見光的吸收。到目前為止，還沒有貴金屬/鹵氧化鉍固溶體復合可見光催化劑的報道。鑒于此，本發明首次利用水熱法結合光還原法制備合成了 AuziBiOBra2Ia8復合可見光催化劑。本發明的制備方法,環境友好，工藝簡單。通過此方法制備的復合光催化劑中Au分布均勻。此外，制備的光催化劑具有高的可見光催化活性，在利用太陽能光催化分解有機污染物的處理中有潛在的應用價值。
發明內容
本發明的目的旨在提供一種Αιι/Β ΟΒΓα2Ια8復合可見光催化劑及其制備方法。本發明提供的Au/BiOBrQ.2IQ.8復合可見光催化劑，由Au納米顆粒和BiOBra2Ia8固溶體復合而成。其中，BiOBrtl 2Itl 8固溶體是由大量納米片組成的花狀結構，Au納米顆粒的直徑為10-20 nm,均勻地分布于BiOBra2Ia8薄片的表面。復合光催化劑中，Au納米顆粒的質量百分數為0.1 %-1.0 %，優選為0.6 %。本發明首先采用水熱法制備BiOBra2Ia8固溶體，再用光還原法制備Au/BiOBr0.210.8復合光催化劑。本發明一種Au/BiOBra 210.8可見光催化劑的制備方法，其特征在于，具有以下的制備過程和步驟:
A-BiOBra2Ia8 的制備
a.室溫條件下，將0.8224 g碘化鉀與0.0617 g溴化鈉溶于40-60 ml去離子水中；
b.將1.4552 g硝酸鉍(Bi (NO3) 3.5Η20)溶解于3_5 ml冰醋酸中，待完全溶解后，在磁力攪拌下，逐滴加入到上述步驟(a)所得溶液中；
c.將步驟(b)所得溶液攪拌0.5h后，轉移到聚四氟乙烯襯墊的高壓反應釜中，100-150 °C下晶化反應6-10 h ；
d.得到的固體產物經過濾，洗滌，干燥后得BiOBra2Ia8固溶體。B.Au/BiOBrQ.2Ia8復合可見光催化劑的制備
a.將上述合成的BiOBra2Ia80.5 g，超聲分散在在40 ml的去離子水中；
b.再加入一定量的濃度為0.5%(wt.)的氯金酸溶液，使最終AuziBiOBra2Ia8催化劑中Au的質量百分數為0.1 %-1.0 % ;再加入3-5ml濃度為0.1 g/L的檸檬酸溶液和5_10 ml甲醇；
c.形成的懸浮液先在黑暗中攪拌Ih，再用500 W的汞燈輻射4-8 h ；
d.得到的固體產物經過濾，洗滌，干燥，最終制得AU/BiOBrQ.2IQ.8復合可見光催化劑。本發明與現有技術相比，具有以下顯著優點:
1.本發明的制備方法，環境友好，工藝簡單；
2.本發明制備的復合光催化劑成本低；
3.制備的復合光催化劑表面的Au顆粒分布均勻；
4.制備的AuZBiOBra2Ia8催化劑有很高的可見光催化活性，在利用太陽能光催化分解有機污染物的處理中具有潛在的應用價值。
圖1為實施例1、2、3的X射線衍射(XRD)圖。圖2為實施例1的掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)圖。圖3為實施例1的電子能譜(EDX)圖。圖4為實施例1、2、3制備的光催化劑的光催化性能曲線。
具體實施例方式現將本發明的具體實施例詳細敘述于后。實施例1 A-BiOBra2Ia8 的制備
a.室溫條件下，將0.8224 g碘化鉀與0.0617 g溴化鈉溶于50 ml去離子水中；
b.將1.4552 g的硝酸鉍溶解于4 ml冰醋酸中，待完全溶解后，在磁力攪拌下，逐滴加入到上述步驟(a)所得溶液中；
c.將步驟(b)所得溶液攪拌0.5h后，轉移到聚四氟乙烯襯墊的高壓反應釜中，120°C下晶化反應7 h ；
d.得到的固體產物經過濾，洗滌，100°C干燥24 h后得BiOBra2Ia8t5
B.Au/ BiOBra2Ia8復合可見光催化劑的制備
a.取上述方法合成的BiOBra2Ia80.5 g,超聲分散在40 ml的去離子水中；
b.向上述溶液中加入0.8 ml濃度為0.5%(wt.)的氯金酸溶液、4 ml濃度為0.1 g/L的檸檬酸溶液和8 ml甲醇；
c.形成的懸浮液先在黑暗中攪拌Ih，再用500 W的汞燈輻射5 h ；
d.得到的固體產物經過濾，洗滌，100°C干燥24h，最終制得0.6%Αιι/Β 0Βι.α2Ια8復合可見光催化劑。XRD分析結果(圖1)表明，BiOBra2Ia8的衍射峰的位置介于四方BiOBr (JCPDS le n0.78-0348)和四方BiOI (JCPDS le n0.73-2062)之間，說明形成了良好結晶度的四方形固溶體。Au/BiOBrQ.2IQ.8的衍射峰位置和強度與BiOBra2Ia8相比，無明顯變化，說明在光還原過程中樣品的晶體結構未發生改變。此外，XRD圖中未出現Au的衍射峰，表明Au在BiOBra2Ia8表面高度分散。SEM結果(圖2a)表明，制備的復合光催化劑是由許多納米片組成的花狀結構，細小的金顆粒均勻地分布在BiOBra2Ia8納米片上。TEM結果(圖2b)進一步表明,Au納米顆粒的直徑為10-20 nm。EDX結果(圖3)顯示合成的樣品中含有Au、B1、O、Br和I元素。制備的復合光催化劑在4 h內對甲基橙的可見光降解率達89.8%，是純BiOBra2Ia8的2倍(見圖4)。實施例2 A-BiOBra2Ia8 的制備 操作過程同實施例1。B.Au/ BiOBra2Ia8復合可見光催化劑的制備 操作過程除以下不同外，其余同實施例1。在含0.5 g BiOBr0 210 8的懸濁液中，加入0.4 ml濃度為0.5% (wt.)的氯金酸溶液，最終制得0.3% Au/ BiOBra2Ia8復合可見光催化劑。樣品的XRD結果見圖1。樣品的SEM、TEM和EDX結果與實施例1類似。樣品的可見光催化性能參見圖4。·實施例3
A.BiOBra2Ia8 的制備 操作過程同實施例1。B.Au/ BiOBra2Ia8復合可見光催化劑的制備 操作過程除以下不同外，其余同實施例1。在含0.5 g BiOBra2Ia8的懸濁液中，加入1.2 ml濃度為0.5%(wt.)的氯金酸溶液，最終制得0.9% Au/ BiOBra2Ia8復合可見光催化劑。樣品的XRD結果見圖1。樣品的SEM、TEM和EDX結果與實施例1類似。樣品的可見光催化性能參見圖4。
權利要求
1.一種AU/BiOBra2Ia8可見光催化劑，其特征在于具有以下的化學組成:Au/BiOBra2Ia8 ;其中，0.2和0.8分別為鹵素Br和I的化學計量的摩爾分數；Au的質量百分數為 0.1-1.0 %。
2.—種AuZBiOBra2Ia8可見光催化劑的制備方法，其特征在于，具有以下的制備過程和步驟: A-BiOBra2Ia8 的制備 a.室溫條件下，將0.8224 g碘化鉀與0.0617 g溴化鈉溶于40-60 ml去離子水中； b.將1.4552 g硝酸鉍(Bi (NO3) 3.5Η20)溶解于3_5 ml冰醋酸中，待完全溶解后，在磁力攪拌下，逐滴加入到上述步驟(a)所得溶液中； c.將步驟(b)所得溶液攪拌0.5 h后，轉移到聚四氟乙烯襯墊的高壓反應釜中，100-150 °C下晶化反應6-10 h ； d.得到的固體產物經過濾，洗滌，干燥后得BiOBra2Ia8固溶體。
B.Au/BiOBr0.210.8復合可見光催化劑的制備 a.將上述合成的BiOBra2Ia80.5 g，超聲分散在在40 ml的去離子水中。
b.再加入一定量的濃度為0.5%(wt.)的氯金酸溶液，使最終AuziBiOBra2Ia8催化劑中Au的質量百分數為0.1 %-1.0 % ;再加入3-5ml濃度為0.1 g/L的檸檬酸溶液和5_10 ml甲醇； c.形成的懸浮液先在黑暗中攪拌Ih，再用500 W的汞燈輻射4-8 h ； d.得到的固體產物經過濾，洗滌，干燥，最終制得AU/BiOBrQ.2IQ.8復合可見光催化劑。
全文摘要
本發明涉及一種Au/BiOBr0.2I0.8可見光催化劑及其制備方法。該可見光催化劑為花狀形貌，Au顆粒的直徑為10-20nm，均勻地分布于BiOBr0.2I0.8薄片的表面，Au的質量百分數為0.1%-1.0%。制備方法第一步，通過水熱法制備BiOBr0.2I0.8。第二步，將合成的BiOBr0.2I0.8超聲分散在一定量的去離子水中，再加入一定量的氯金酸溶液和過量的檸檬酸和甲醇，形成的懸浮液在紫外光下輻照一段時間，得到的固體產物經過濾，洗滌，干燥，最終制得Au/BiOBr0.2I0.8復合光催化劑。本發明的制備方法，環境友好，工藝簡單。Au在BiOBr0.2I0.8表面分布均勻，催化劑成本低。制備的Au/BiOBr0.2I0.8催化劑具有很高的可見光催化活性，在利用太陽能光催化分解有機污染物的處理中有潛在的應用價值。
文檔編號B01J27/08GK103157495SQ20131008886
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月20日 優先權日2013年3月20日
發明者劉紅, 蘇蕓, 陳振, 靳智通 申請人:上海大學