一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂及其制备方法，该复合光催化剂由溴氧化铋沉积在二氧化钛纳米片上形成的异质复合材料，其制备步骤包括：将二氧化钛纳米片、巯基乙酸、溴化钾超声分散于去离子水中，混合得均匀的溶液，将硝酸铋溶于乙二醇中；然后将上述两种溶液混合得到乳白色乳浊液，搅拌后静置，离心分离洗涤即可。制备过程中可以通过调整二氧化钛与溴氧化铋的比例，得到不同粒径的复合结构。本发明专利技术制备工艺简单，特别是用巯基乙酸可使溴氧化铋在TiO2片上均匀分布，在可见光下展示出比单纯二氧化钛纳米片更优异的光催化活性，在利用太阳能光催化降解有机污染物处理技术中具有潜在的实际应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂及其制备方法，属于光催化领域。
技术介绍
近年来，随着全球工业化进程的迅速发展，环境污染问题日益突出。半导体光催化氧化技术因具有操作简单、反应条件温和、能耗低及二次污染少等优点，在环境治理领域备受关注。在众多半导体光催化剂中，TiO2因具有高化学活性、强氧化能力，无毒及高稳定性等优点，成为理想的光催化剂材料之一。但是TiO2是一种宽禁带半导体（锐钛矿TiO2的Eg=3.2eV），仅能吸收利用太阳光中波长小于387nm的紫外光，而紫外光在太阳光中比例大约为4%，对太阳光的利用率低。同时，光激发产生的电子和空穴的复合率高，光量子效率差。这两个瓶颈因素限制了它的实际应用。因此，研发具备高效太阳光利用效率且高催化活性的TiO2是扩大其在光催化氧化实际应用的关键。在TiO2的改性研究中，窄带隙半导体与宽禁带半导体TiO2进行复合是重要的研究课题。BiOBr作为一种新型的窄带隙半导体材料，其禁带宽度仅为2.5eV左右，有利于在可见光下光电子的激发，光吸收范围可覆盖整个太阳光谱。并且BiOBr具有高度各向异性独特的开放式片层结构，为原子极化和原子轨道极化提供了充足的空间，使空穴电子在层间避免迅速复合，有利于空穴-电子对的有效分离和电荷转移。此外，BiOBr是间接带隙，当电子被激发到导带后，想重新回到价带就必须穿过K层才能到达，这从能量的角度来讲也有效减少光生电子-空穴对的复合。因此BiOBr是调控TiO2光催化能力的理想材料。中国专利申请（CN103908972A）公开了一种卤氧化铋/二氧化钛复合光催化剂及其制备方法，制备的复合催化剂为二氧化钛纳米筛通过溶剂热反应表面沉积卤氧化铋，该方法耗时长，且因为只是简单的沉积，卤氧化铋沉积很不均匀，后续处理过程繁琐，因此，研发一种制备方法简单，卤氧化铋沉积均匀，光催化性能优良的二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂，本专利技术利用巯基乙酸作连接剂，使溴氧化铋均匀地沉积在二氧化钛纳米片表面，有利于改善其光催化性质，太阳光利用率高且有效的解决了空穴电子对复合率高的问题，在催化领域具有潜在的应用价值。本专利技术还提供了一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂的制备方法，该方法操作制备工艺简单，制备所得复合光催化剂在可见光下展示出优异的光催化性能。本专利技术为了实现上述目的所采用的技术方案为：本专利技术提供了一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂，其是由溴氧化铋颗粒通过巯基乙酸沉积到二氧化钛纳米片表面形成纳米异质结构，所述二氧化钛纳米片的平均尺寸为150nm×100nm，溴氧化铋沉积层的厚度为5-15nm。上述复合光催化剂采用以下方法制得：将二氧化钛纳米片与巯基乙酸、溴原料加入到去离子水中超声分散充分混合，将硝酸铋溶解于醇溶剂中，然后将两种溶液混合，充分搅拌后静置3h，最后经过离心分离洗涤得到片状二氧化钛/溴氧化铋的异质结构。本专利技术中片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂的制备方法具体包括以下步骤：（1）在醇溶剂中加入钛源钛酸四丁酯，然后加入诱导剂，搅拌均匀得到前驱体溶液；（2）将前驱体溶液转移到反应釜中进行溶剂热反应，反应完毕后离心分离、洗涤，得二氧化钛纳米片；（3）将二氧化钛纳米片与巯基乙酸、溴化钾加入去离子水中，超声分散30min，得到均匀透明溶液；（4）将硝酸铋溶于醇溶剂中，搅拌，将溶解后的硝酸铋溶液加入到二氧化钛纳米片的均匀透明溶液中，在室温下进行充分搅拌得到均匀的乳白色乳浊液；（5）将乳白色乳浊液在室温下静置3h，待结束后经过离心分离洗涤得到片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂。进一步的，步骤（1）中，所述醇溶剂和钛酸四丁酯的体积比为125：1，诱导剂同钛酸四丁酯的体积比为4：1。进一步的，所述醇溶剂为异丙醇，诱导剂为氢氟酸。进一步的，步骤（2）中，所述溶剂热反应为在温度为180°C条件下反应20h。进一步的，步骤（3）中二氧化钛纳米片与巯基乙酸、溴化钾的摩尔比为0.625-5：0.01：1。进一步的，步骤（4）中，所述醇溶剂为乙二醇。进一步的，本专利技术中铋源硝酸铋溶液的浓度为1.5×10-3-6.2×10-3mol/L。进一步的，所述硝酸铋同二氧化钛纳米片的摩尔比为1:2-8；最为优化的，硝酸铋同二氧化钛纳米片的摩尔比为1:2。本专利技术制得的复合光催化剂由TiO2纳米片和溴氧化铋（BiOBr）组成，制备过程简单，时间短，具有很强的可操作性和实用性。片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂，与传统方法相比，通过利用巯基乙酸可使溴氧化铋在TiO2纳米片上均匀分布，改善光催化效果。该产品在可见光下展示出优异的光催化性能。本专利技术的优点为：（1）片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂，溴氧化铋分布均匀，在可见光下展示出优异的光催化活性，太阳光利用率高且有效的解决了空穴电子对复合率高的问题，在利用太阳能光催化降解有机污染物中具有潜在的实际应用前景；（2）本专利技术提供的制备方法简单，耗时短，适合大规模工业化生产。附图说明图1为实施例1合成的二氧化钛纳米片的X射线的衍射（XRD）图。图2为实施例1合成的片状二氧化钛的扫描电镜（SEM）图。图3为实施例1合成的片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂的X射线衍射（XRD）图谱。图4为实施例1合成的片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂的扫描电镜（SEM）图。图5为效果实施例中不同光催化剂对罗丹明B的降解效果图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行进一步的阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本专利技术，并不对其内容进行限定。实施例11.1将0.2mL的钛酸四丁酯加到25mL异丙醇中，充分搅拌使其混合均匀，然后缓慢的加入0.8mL诱导剂氢氟酸，搅拌得到均匀的白色乳浊液，即前驱体溶液；1.2将前驱体溶液转移到反应釜中，于180°C的条件下反应20h，反应完毕后离心分离、洗涤，得二氧化钛纳米片，图1为二氧化钛纳米片的X射线衍射图谱，图2为所得二氧化钛纳米片的扫描电镜图。从图1中可以看出，所得产品为锐钛矿相二氧化钛；从图2中可以看出，该二氧化钛纳米片的平均尺寸为150nm×100nm，形貌均一；1.3将0.02g二氧化钛纳米片与0.05gKBr、0.004mmol巯基乙酸加入去离子水中，超声分散30min，得到均匀透明溶液；1.4将0.06g硝酸铋溶于20ml乙二醇中，搅拌，将溶解后的硝酸铋溶液加入到二氧化钛纳米片的均匀透明溶液中，在室温下进行充分搅拌得到均匀的乳白色乳浊液；1.5将乳白色乳浊液在室温下静置3h，待结束后经过离心分离洗涤得到片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂，图3为该复合光催化剂的X射线衍射图谱；图4为该复合光催化剂的扫描电镜图。从图3中可以看出，所得复合光催化剂为二氧化钛及溴氧化铋的复合材料；从图4中可以看出，二氧化钛纳米片表面均匀的沉积一层溴氧化铋，溴氧化铋沉积层的平均厚度为15nm。实施例22.1二氧化钛纳米片的制备方法同实施例1相同；2.2将0.02g二氧化钛纳米片与0.0252gKBr、0.002mmol巯基乙酸加入去离子水中，超声分散30min，得到均匀透明溶液；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂，其特征在于，是由溴氧化铋颗粒通过巯基乙酸沉积到二氧化钛纳米片表面形成纳米异质结构，所述二氧化钛纳米片的平均尺寸为150nm×100nm，溴氧化铋沉积层的厚度为5‑15 nm。

【技术特征摘要】
1.一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于，是由溴氧化铋颗粒通过巯基乙酸沉积到二氧化钛纳米片表面形成纳米异质结构，所述二氧化钛纳米片的平均尺寸为150nm×100nm，溴氧化铋沉积层的厚度为5-15nm；具体包括以下步骤：（1）在醇溶剂中加入钛源钛酸四丁酯，然后加入诱导剂，搅拌均匀得到前驱体溶液；（2）将前驱体溶液转移到反应釜中进行溶剂热反应，反应完毕后离心分离、洗涤，得二氧化钛纳米片；（3）将二氧化钛纳米片与巯基乙酸、溴化钾加入去离子水中，超声分散30min，得到均匀透明溶液；（4）将硝酸铋溶于醇溶剂中，搅拌，将溶解后的硝酸铋溶液加入到二氧化钛纳米片的均匀透明溶液中，在室温下进行充分搅拌得到均匀的乳白色乳浊液；（5）将乳白色乳浊液在室温下静置3h，待结束后经过离心分离洗涤得到片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨萍，郑妍，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37