一种高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法及其应用，属于光催化材料技术领域。高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法，包括以下步骤：将稀有金属盐溶液快速倒入铋源粉末中，超声搅拌后分离出沉淀，用液氮冷冻后，再真空冷冻干燥，得到所述高稳定性氯氧铋光催化材料。本发明专利技术制备的高稳定性氯氧铋光催化材料的光催化产氢性能高，而且能够使光催化产氢反应稳定的进行，有效解决了氯氧铋光生载流子复合率高、光腐蚀严重等不稳定问题。光腐蚀严重等不稳定问题。光腐蚀严重等不稳定问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料
，特别是涉及一种高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着人类社会的发展，更高效的科学化技术以及越来越高的工业农业化程度使得人类的生活水平不断提高，出行和交流变得越来便捷的同时，也面临着环境污染和能源枯竭等两大问题。为了解决这个问题，人们研究开发了许多种方法。其中太阳能作为太空的主要能源，太阳辐射出的能量大大超过全球年度能源的需求。由于太阳的长预期寿命，太阳能也被认为是我们在地球上可以收获的可再生能源，是有利于人与自然和谐发展的重要能源。自1972年Fujishima和Honda发现将TiO2作为电极在紫外光下能够分解水制氢和处理水中污染物以来，基于半导体的光催化技术就作为降解水污染技术和生产氢能源开始被研究起来。在太阳能的作用下，通过光催化剂将需要在苛刻条件下发生的化学反应转化为在较温和的环境下进行。不仅可以用于光催化分解水制氢，还可以实现污染物的降解和二氧化碳的固定，对于改善和减缓目前的环境污染和温室效应以及能源问题具有很大的潜力。由此可知，半导体光催化技术在能源和环境领域有着重要应用前景。
[0003]在许多可见光响应的光催化材料中，铋基的金属氧化物半导体材料的光催化剂由于拥有较窄的带隙、能利用的可见光波段较长和高催化活性等，被广大科研工作者们认为是有望替代TiO2的窄带隙半导体材料的光催化剂之一。近年来，BiOCl纳米材料因其独特的层状结构而引起了人们的广泛关注。BiOCl是由[Bi2O2]2+
层和两个Cl
‑
层组成，形成一个同源的“三明治”结构，这种结构能够实现良好的空间电荷分离，在光催化领域受到研究人员的广泛关注。然而，一方面由于光生载流子在BiOCl体相传输的距离过长，导致复合率高，另一方面由于其较宽的带隙，导致其光响应范围窄。最重要的是，BiOCl本身结构上的不稳定性容易受到光腐蚀，导致其光催化活性低，这严重影响了其在光催化中的运用。
[0004]为了推进BiOCl在光催化中的实际运用，如何提高BiOCl的稳定性就显得非常重要的。目前，许多传统的改性手段如形貌调控、半导体复合、缺陷构造等已被应用到改善BiOCl光催化剂性能的研究中，也已取得一定成效。相比于其它的传统改性手段，对催化剂进行金属元素的掺杂是提高光催化剂稳定性和光生载流分离效率的一种有效的改性手段。自1972年光催化技术的兴起以来，国内外关于光催化剂的研究就集中在如何实现高效的光生载流子分离和提高催化剂的稳定性方面，而对催化剂进行元素掺杂是一种有效的手段。现有技术中对于掺杂方面的研究基本围绕于水热法、溶剂热法、熔盐法等复杂并且繁琐的方法。而如何简化BiOCl光催化材料的制备方法，解决BiOCl光催化材料响应范围窄、光生载流子复合率高、光腐蚀严重等问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法及其应用，以解
决现有技术中存在的问题，本专利技术通过以氯化铋、稀有金属盐为原料，调节反应的条件（投料比、搅拌的速度、反应的时间、反应的温度等），制备得到了光催化性能优异的氯氧铋光催化材料。此外，本专利技术的制备方法操作简单，原料便宜，反应时间短，可用于大规模生产。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术的技术方案之一：一种高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法，包括以下步骤：将稀有金属盐溶液快速倒入铋源粉末中，超声搅拌后分离出沉淀，用液氮冷冻后，再真空冷冻干燥，得到所述高稳定性氯氧铋光催化材料。
[0007]进一步地，所述稀有金属盐溶液的制备具体包括：将稀有金属盐加入水中，搅拌后得到稀有金属盐溶液。
[0008]进一步地，所述稀有金属盐包括钨酸钠、偏钨酸钠、白钨酸、钒酸钠、钼酸中的一种或多种；所述搅拌的转速为100~400r/min，搅拌的时间为25~35min。
[0009]进一步地，所述铋源粉末的制备具体包括：将铋源在无水条件下研磨至粒径为200~500nm，得到铋源粉末。
[0010]更进一步地，所述研磨的环境温度为室温。
[0011]铋源研磨前在无水条件下保存。
[0012]进一步地，所述铋源包括氯化铋（自水解）。
[0013]进一步地，所述铋源粉末和稀有金属盐溶液中的稀有金属盐的质量比为0.9~22.5:1。
[0014]进一步地，所述真空冷冻干燥的温度为
‑
52~
‑
48℃，时间为45~50h。
[0015]进一步地，所述超声搅拌的时间为10~30min。
[0016]更进一步地，所述超声搅拌的温度为室温。
[0017]本专利技术的技术方案之二：一种上述制备方法制备的高稳定性氯氧铋光催化材料。
[0018]本专利技术的技术方案之三：一种上述高稳定性氯氧铋光催化材料在光催化中的应用。
[0019]本专利技术公开了以下技术效果：（1）本专利技术制备的高稳定性氯氧铋光催化材料的光催化产氢性能高，而且能够使光催化产氢反应稳定的进行，有效解决了氯氧铋光生载流子复合率高、光腐蚀严重等不稳定问题。
[0020]（2）本专利技术通过简单自水解
‑
冷冻干燥法制备金属元素掺杂（钨、钒、钼）的氯氧铋光催化材料，制备过程简单可控，有利于量产与推广。由于金属元素掺杂后，一方面掺杂形成的缺陷能级能够拓宽光催化剂的光响应范围，另一方面掺杂原子周围一般存在大量的不饱和位点和缺陷，不饱和位点有时候可作为反应的活性位点，一些缺陷作为陷阱可以反复捕获和释放光生电子/空穴，增强了光生载流子的分离效率。另外，掺杂后形成的稳定单元结构也能有效地牵制光催化剂不稳定的结构，进而提高了其稳定性，在一定程度上提高了光催化效率。有效解决了现有技术中的光响应范围窄、光生电荷复合效率高和光腐蚀严重所造成的不稳定等问题。
[0021]（3）本专利技术填补了对关于用自水解法掺杂研究的空白，通过简单的自水解
‑
冷冻干燥法制备了金属元素掺杂的氯氧铋光催化材料。并对材料制备过程中的掺杂金属源以及二
者浓度进行优选，并在反应结束后对其洗涤和干燥工艺进行优化设计，从而进一步得到光催化产氢与光降解有机物性能较好的金属元素掺杂的氯氧铋光催化材料。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术实施例1、实施例2制备的材料的X
‑
射线衍射图；图2为本专利技术实施例1制备的高稳定性氯氧铋光催化材料的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1制备的高稳定性氯氧铋光催化材料的透射电镜图；图4为本专利技术实施例1制备的高稳定性氯氧铋光催化材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将稀有金属盐溶液快速倒入铋源粉末中，超声搅拌后分离出沉淀，用液氮冷冻后，再真空冷冻干燥，得到所述高稳定性氯氧铋光催化材料。2.根据权利要求1所述的高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法，其特征在于，所述稀有金属盐溶液的制备具体包括：将稀有金属盐加入水中，搅拌后得到稀有金属盐溶液。3.根据权利要求2所述的高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法，其特征在于，所述稀有金属盐包括钨酸钠、偏钨酸钠、白钨酸、钒酸钠、钼酸钠中的一种或多种；所述搅拌的转速为100~400r/min，搅拌的时间为25~35min。4.根据权利要求1所述的高稳定性氯氧铋光催化材料的制备方法，其特征在于，所述铋源粉末的制备具体包括：将铋源在无水条件下研磨至粒径为200~500n...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梁，张棚菲，卢辰宇，蒲作城，林昭勇，黄少铭，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：