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一种可见光催化活性的BiOBr基异质结及其制备方法
成果名称: | 一种可见光催化活性的BiOBr基异质结及其制备方法 | 关键字: | 应用行业: | 制造业 | |
高新技术领域: | 先进制造技术 | 所在地: | 河北省 | 知识产权类型: | 发明专利 |
知识产权编号: | ZL201410406451.5 | 成果体现形式: | 发明专利 | 成果属性: | |
成果所处阶段: | 成果水平: | 国内一般 | 研究形式: | ||
学科分类: | 战略新兴产业: | 请选择... | 课题来源: | ||
第一完成单位名称: | 河北科技大学 | 第一完成单位属性: | 技术成熟度: | ||
合作方式: | 专利许可 | 交易价格(万): | 8.00 | 所属十强产业: |
本发明公开了一种可见光催化活性的BiOBr基异质结材料,由BiOBr和Bi24O31Br10组成,组成中两组份质量比为(28%~100%)︰(0%~72%)。制备方法如下:(1)将硝酸铋与尿素及四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、2-溴乙胺氢溴酸盐、3-溴丙胺氢溴酸盐中的一种或几种按照物质的量比为1︰(0.1~1.0)︰(0.1~1.0)的比例混合,加热至熔化,得离子液体;(2)将步骤(1)所得到的离子液体继续加热至液体燃烧;(3)收集步骤(2)中燃烧完全后产生的固体,经过冷却、研磨,得到BiOBr基异质结材料。本发明的制备方法简单,不需要复杂设备,时间短,产率高,成本低,适合工业化批量生产。
本发明涉及一种可见光催化活性的BiOBr基异质结纳米材料的合成方法,属于材料合成领域。
①燃烧是在极短的时间内发生的,纳米异质结材料在瞬间形成,使BiOBr和Bi24O31Br10可以形成较多的接触点,有利于电子的转移与催化活性的提高;②BiOBr和Bi24O31Br10的比例可以通过调节溴盐的种类和加入量进行控制;③无需复杂设备,制备过程简单,所需时间短,几分钟之内即可形成,产率可达100%,成本低,适合于工业批量生产。
随着环境污染的日趋严重和能源的日益紧张,可利用太阳光的光催化技术在高效降解有机污染物、光解水制氢、太阳能电池等领域显示了广阔的应用前景。高效光催化剂的开发是决定光催化技术是否可行的关键因素。纳米TiO2自1972年被报道以来,以其高效、无毒、稳定性好、低成本等优点而得到了广泛研究与应用。但是,常用的锐钛矿型TiO2的禁带宽度较宽(3.2 eV),只能吸收λ<387 nm以下的紫外光,这部分光在太阳光中只占3%~5%,而占太阳光43%左右能量的可见光则无法得到利用,因此使TiO2在太阳光下的应用受到限制。虽然离子掺杂(Chen et al. Chemical Reviews,107 (2007) 2891–2959)、贵金属沉积(Fuku et al. Chemistry-An Asian Journal 7 (2012) 1366–1371)、半导体复合(Li et al. Journal of Hazardous Materials 239–240 (2012) 118–127)等方法被用来改性TiO2,但是也存在可见光活性提高有限、制备过程复杂等问题。
BiOX(X=F,Cl,Br,I)是新型的光催化剂,其独特的层状结构有利于光生电子-空穴的分离。Zhang等人(Applied Catalysis B: Environmental 68 (2006) 125–129)报道 BiOCl具有比P25 TiO2更高的光催化降解甲基橙的能力。但是,BiOCl的禁带宽度(3.19–3.60 eV)也比较宽,而BiOBr的禁带宽度为2.9eV左右,可以更有效地吸收可见光,但是单一BiOBr的电子空穴复合效率高,活性有待于进一步提高。另外,溴氧铋系列化合物除常见的BiOBr外,还具有其他多种形态,如Bi3O4Br, Bi24O31Br10, Bi4O5Br2等,据报道,这些富氧型的溴氧铋禁带宽度更窄(Xiao et al. Journal of Materials Chemistry 22 (2012)
22840–22843),因此如能利用这些窄禁带宽度的溴氧铋与BiOBr合成异质结材料,则不仅可以利用溴氧铋化合物的层状结构提高量子效率,还能够有效利用可见光。如文献报道了一种BiOBr/Bi24O31Br10异质结(Liu et al. Journal of Colloid and Interface Science,
2014, DOI: 10.1016/j.jcis.2014.06.020),其中含47.4%BiOBr和52.6% Bi24O31Br10的异质结表现出最高的催化活性,分别为纯BiOBr和Bi24O31Br10的2.6和4.8倍。但由于利用水热法合成,所需时间较长且不易工业化生产。
溶液燃烧合成是一种快速简便的合成方法,本申请人公开的发明专利(CN201410009579.8),利用该方法已经合成了BiOCl/Bi24O31Cl10异质结,通过调节燃料量可以控制二者比例。但是上述专利中只有Bi24O31Cl10具有可见光活性,BiOCl禁带宽度较宽(3.2eV),只能吸收紫外光,因此只起到转移Bi24O31Cl10光生电子的作用,因此该异质结催化活性尚有待于进一步提高。
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