一種溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于復合材料及其制備技術領域，具體涉及一種溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料，本發明還涉及該復合光催化材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]81?04是一種典型的鉍基多功能材料，帶隙3.85eV，性質穩定，在磷酸鹽離子傳感器、微波介質、放射性元素的共沉淀與分離等領域已有了廣泛的應用，然而在光催化領域的應用卻由于其僅對紫外光響應，可見光催化性能不高而受到限制。溴化銀，帶隙2.60eV，能吸收500nm以下的可見光，但光照下不穩定，易分解。針對以上兩種光催化材料的缺陷，開發出可見光催化活性高且性能穩定的新材料是磷酸鉍和溴化銀實際應用的關鍵。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料，解決磷酸鉍可見光催化活性不高和溴化銀穩定性差、易分解的問題。
[0004]本發明的另一個目的是提供一種溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料的制備方法。
[0005]本發明所采用的技術方案是，一種溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料，將溴化銀納米顆粒沉積在微米級棒狀結構磷酸鉍表面，其中溴化銀是磷酸鉍摩爾量的5.0?14.6at % ο
[0006]本發明所采用的另一個技術方案是，一種溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料的制備方法，具體按照以下步驟實施:
[0007]步驟I，制備磷酸鉍
[0008]將Bi (NO3) 3.5H20溶于硝酸溶液中，磁力攪拌30min至硝酸鉍完全溶解；將磷酸二氫銨溶于去離子水中，然后逐滴加入到硝酸鉍溶液中，繼續攪拌2h，將反應后的懸濁液移至具Teflon內襯的不銹鋼反應釜內進行水熱反應，反應完畢后，自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，干燥得到白色粉末狀磷酸鉍；
[0009]步驟2，制備溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料
[0010]將硝酸銀溶于水中，再滴加氨水至沉淀溶解，再加去離子水配制成銀氨(Ag(NH3)2+)溶液；將步驟I得到的磷酸鉍分散于去離子水中，再加入銀氨溶液，磁力攪拌2_3h，緩慢逐滴加入溴化鉀水溶液，繼續攪拌4-5h，離心分離，洗滌，干燥，得到溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料。
[0011]本發明的特點還在于，
[0012]步驟I中硝酸溶液的濃度為4mol/L，Bi (NO3) 3.5H20與硝酸溶液的物質的量體積比為 I:lmol/Lo
[0013]步驟I中磷酸二氫錢(NH4H2PO4)水溶液濃度為0.33mol/L，磷酸二氫錢與Bi(NO3)3.5H20物質的量比為I:lo
[0014]步驟I中水熱反應的溫度為180?200°C，時間為20?30h。
[0015]步驟I中干燥是在60?100°C下真空干燥5?12h。
[0016]步驟2中氨水濃度為28% (質量百分比)，銀氨溶液濃度為0.01?0.lmol/L。
[0017]步驟2中磷酸鉍與去離子水的質量體積比為1:20g/mL。
[0018]步驟2中加入磷酸鉍和去離子水體系中的銀氨溶液中銀元素是磷酸鉍物質的量的5.0?14.6at%，溴化鉀與銀銨離子物質量的比為1:1。
[0019]步驟2中干燥是在80?120°C下真空干燥5?13h。
[0020]本發明的有益效果是，本發明制備的溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料無團聚，可見光催化活性相比磷酸鉍和溴化銀均顯著提高，穩定性和重復使用性能良好，且制備工藝簡單，材料形貌和尺寸容易控制。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例2?5得到的溴化銀-磷酸鉍、對比實施例2得到的溴化銀以及對比實施例1得到的磷酸鉍的X射線粉末衍射圖；
[0022]圖2為對比實施例1所得純BiPOj^ SEM圖和EDS圖；
[0023]圖3 為實施例 3 所得 10.0at % AgBr/BiPOj^ SEM 圖和 EDS 圖；
[0024]圖4為對比實施例1所得純BiPOjP實施例3所得10.0at % AgBr/BiPO 4的TEM圖；
[0025]圖5為實施例2?5以及對比實施例1和2所得材料的固體紫外-可見吸收光譜圖；
[0026]圖6為實施例1?5以及對比實施例1和2所得材料的可見光催化活性對比圖；
[0027]其中，a.降解過程中亞甲基藍的殘存率，b.亞甲基藍的降解速率常數，c.COD去除率;
[0028]圖7為實施例4所得14.6at%六8817^1?04重復使用5次的可見光催化活性對比圖；
[0029]圖8為實施例4所得14.6at% AgBr/BiPO4使用前和重復使用5次后的XRD圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0031]本發明溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料，將溴化銀納米顆粒沉積在微米級棒狀結構磷酸秘表面，其中溴化銀是磷酸秘摩爾量的5.0?14.6at%。
[0032]本發明溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料的制備方法，具體按照以下步驟實施:
[0033]步驟I，制備磷酸鉍
[0034]將Bi (NO3)3.5H20溶于濃度為4mol/L的硝酸溶液中(Bi (NO3)3.5H20與硝酸溶液的物質的量體積比為1:lmol/L)，磁力攪拌30min至硝酸鉍完全溶解；將磷酸二氫銨溶于去離子水中使其濃度為0.33mol/L，然后逐滴加入到硝酸秘溶液中(磷酸二氫錢與Bi (NO3)3.5H20物質的量比為1:1)，繼續攪拌2h，將反應后的懸濁液移至具Teflon內襯的不銹鋼反應釜內進行水熱反應，溫度為180?200°C，時間為20?30h，反應完畢后，自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，在60?100°C下真空干燥5?12h得到白色粉末狀磷酸鉍；
[0035]步驟2，制備溴化銀-磷酸秘異質結復合光催化材料
[0036]將硝酸銀溶于水中，再滴加濃度為28% (質量百分比)的氨水至沉淀溶解，再加去離子水配制成銀氨(Ag (NH3) 2+)溶液，銀氨溶液濃度為0.01?0.lmol/L ;將步驟I得到的磷酸鉍分散于去離子水中(磷酸鉍與去離子水的質量體積比為1:20g/mL)，再加入銀氨溶液(銀氨溶液中銀元素是磷酸鉍物質的量的5.0?14.6at% )，磁力攪拌2-3h，緩慢逐滴加入溴化鉀水溶液(溴化鉀與銀氨離子物質量的比為1:1)，繼續攪拌4?5h，離心分離，洗滌，在80?120°C下真空干燥5?13h，得到溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料。
[0037]實施例1
[0038](I)制備磷酸鉍:
[0039]將5mmol硝酸鉍(Bi (NO3) 3.5Η20)溶于5mL，濃度為4mol/L的稀硝酸溶液中，磁力攪拌30min至硝酸秘完全溶解；將5mmol磷酸二氫錢(NH4H2PO4)溶于15mL去離子水中，然后逐滴加入到硝酸鉍溶液中，繼續攪拌2h。將反應后的懸濁液移至具Teflon內襯的不銹鋼反應釜內，封釜，190°C下水熱反應24h，反應完畢后，自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，80°C真空干燥8h得到白色粉末狀BiPO4。
[0040](2)制備溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料:
[0041]將0.8494g硝酸銀固體溶于1mL去離子水中，再滴加濃度為28% (質量百分比)的氨水直至沉淀完全溶解，再加去離子水配制成0.01mol/L銀氨(Ag(NH3)2+)溶液。稱取Ig磷酸鉍(BiPO4)固體置于燒杯中，加入20mL去離子水，然后加入3.3mL銀氨溶液，磁力攪拌3ho稱取0.0039g溴化鉀(KBr)溶解于1mL去離子水中，將其緩慢逐滴加入磷酸鉍和銀氨溶液體系中，繼續攪拌5h。離心分離，洗滌，100 °C真空干燥8h，得到粉末狀々8817^1?04復合光催化材料，記做1.0at% AgBr/BiP04。
[0042]實施例2
[0043](I)制備磷酸鉍:
[0044]將5mmol硝酸鉍(Bi (NO3) 3.5Η20)溶于5mL，濃度為4mol/L的稀硝酸溶液中，磁力攪拌30min至硝酸鉍完全溶解；將5mmol磷酸二氫銨溶于15mL去離子水中，然后逐滴加入到硝酸鉍溶液中，繼續攪拌2h。將反應后的懸濁液移至具Teflon內襯的不銹鋼反應釜內，封釜，180°C下水熱反應30h，反應完畢后，自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，60°C真空干燥12h得到白色粉末狀BiP04。
[0045](2)制備溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料:
[0046]將0.8494g硝酸銀固體溶于1mL去離子水中，再滴加濃度為28% (質量百分比)的氨水直至沉淀完全溶解，再加去離子水配制成0.01mol/L銀氨(Ag(NH3)2+)溶液。稱取Ig磷酸鉍固體置于燒杯中，加入20mL去離子水，然后加入16.5mL銀氨溶液，磁力攪拌2h。稱取0.0196g溴化鉀溶解于1mL去離子水中，將其緩慢逐滴加入磷酸鉍和銀氨溶液體系中，繼續攪拌4h。離心分離，洗滌，80°C真空干燥13h，得到粉末狀AgBr/BiP04復合光催化材料，記做 5.0at % AgBr/BiP04。
[0047]實施例3
[0048](I)制備磷酸鉍:
[0049]將5mmol硝酸鉍(Bi (NO3) 3.5Η20)溶于5mL，濃度為4mol/L的稀硝酸溶液中，磁力攪拌30min至硝酸鉍完全溶解；將5mmol磷酸二氫銨溶于15mL去離子水中，然后逐滴加入到硝酸鉍溶液中，繼續攪拌2h。將反應后的懸濁液移至具Teflon內襯的不銹鋼反應釜內，封釜，200°C下水熱反應20h，反應完畢后，自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，70°C真空干燥9h得到白色粉末狀BiP04。
[0050](2)制備溴化銀-磷酸鉍異質結復合光催化材料:
[0051]將0.8494g硝酸銀固體溶于1mL去離子水中，再滴加濃度為28% (質量百分比)的氨水直至沉淀完全溶解，再加去離子水配制成0.lmol/L銀氨(Ag(NH3)2+)溶液。稱取Ig磷酸鉍固體置于燒杯中，加入20mL去離子水，然后加入3.3mL銀氨溶液，磁力攪拌2.5h。稱取0.0393g溴化鉀溶解于1mL去離子水中，將其緩慢逐滴加入磷酸鉍和銀氨溶液體系中，繼續攪拌4.5h。離心分離，洗滌，90°C真空干燥10h，得到粉末狀AgBr/BiP04復合光催化材料，記做 10.0at % AgBr/BiP04。
[0052]實施例4
[0053](I)制備磷酸鉍:
[0054]將5mmol硝酸鉍(Bi (NO3) 3.5Η20)溶于5mL，濃度為4mol/L的稀硝酸溶液中，磁力攪拌30min至硝酸鉍完全溶解；將5mmol磷酸二氫銨溶于15mL去離子水中，然后逐滴加入到硝酸鉍溶液中，繼續攪拌2h。將反應后的懸濁液移至具Teflon內襯的不銹鋼反應釜內，封釜，190°C下水熱反應27h，反應完畢后，自然冷卻至室溫，離心分離