一种花球状TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种花球状TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料及其制备方法。本发明专利技术以二氧化硅作为模板合成规整的TiO2中空微球，再通过原位水热法将片状BiOBr搭载在TiO2中空微球表面，形成了具有强光吸收能力的花球状等级核壳结构TiO2/BiOBr异质结材料。该TiO2/BiOBr异质结材料可以利用光在中空微球内部多次反射的特点，以提高其作为催化剂时对光能利用，从而实现对CO2的高效还原，因此具有较为良好的实际应用价值。际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种花球状TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及光催化降解、光催化二氧化碳还原
，具体为一种花球状TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，环境问题和能源危机是我们急迫希望解决的事情。为满足生产生活需求，我们需要燃烧化石能源，而这会产生大量的CO2，加剧了温室效应，导致全球变暖。光催化作为一种新型的催化方式可以充分利用太阳能，为缓解全球能源短缺和环境污染问题提供了一个重要机会。光催化剂通过吸收太阳能，可以将CO2还原为生产燃料和化学品，因其提供了化石原料的替代品并可以大规模的转化和循环温室气体，吸引了很高的社会关注。
[0003]TiO2/BiOBr具有较低的成本、无毒、较好的稳定性等特点，因此被广泛应用于光催化领域。但是，由于比表面积小光吸收能力弱；较小的异质结界面区域，限制了TiO2/BiOBr在光催化领域的实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种具有强光吸收能力的TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料。该材料有更大的比表面积和异质结界面区域，有多的反应活性位点，作为光催化剂使用可提高光吸收能力，还原CO2的能力也更强。
[0005]本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
[0006]一种花球状TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料，以中空TiO2中空微球为主体，BiOBr纳米片生长在TiO2中空微球表面，形成花球状的具有核壳结构的异质结构；其中，所述TiO2中空微球的尺寸为300～600nm，花球状TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料的整体尺寸为400～800nm；所述TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料中Ti/Bi的摩尔比为(0.7～3)：1。
[0007]本专利技术还提供一种上述TiO2/BiOBr核壳结构异质结的制备方法，以二氧化硅作为模板合成TiO2中空微球，再用原位水热法将片状BiOBr搭载在TiO2中空微球表面，形成了具有强光吸收能力的等级核壳结构TiO2/BiOBr等级核壳结构异质结材料。具体步骤如下：
[0008](1)将硅酸四乙酯溶解在乙醇、去离子水和氨水溶液中，搅拌反应，制备得到SiO2微球；
[0009](2)将SiO2微球分散在乙醇中，再加入氨水，搅拌得到分散液；向所述分散液中加入钛酸四丁酯，进行加热处理；加热处理后所得溶液分离出固体产物并煅烧，得到SiO2@TiO2微球；将SiO2@TiO2微球用氢氟酸溶液刻蚀，得到TiO2中空微球；
[0010](3)将中空TiO2微球用稀硫酸浸泡后，洗涤干燥，分散到乙二醇中，再加入五水硝酸铋、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，进行水热反应，BiOBr纳米片在TiO2中空微球表面生长，并均匀包裹在TiO2中空微球表面，得到TiO2/BiOBr核壳结构异质
结材料。
[0011]进一步地，步骤(1)中，所述硅酸四乙酯与乙醇、去离子水和氨水得体积比为1：(10～15)：(1～2)：1；搅拌时间为2～5h。
[0012]进一步地，步骤(2)中，所述SiO2微球在乙醇中的分散浓度为0.5～2mg/mL，氨水与乙醇的体积比为1：(100～200)，钛酸丁酯与乙醇的体积比为1：(50～100)；加热温度为40～50℃，加热时间为20～30小时；煅烧温度为500～600℃，煅烧时间为1～4h；氢氟酸溶液的体积浓度为2～5％。
[0013]进一步地，步骤(3)中，稀硫酸的浓度为1.5～2.5mol/L，浸泡时间为2～3h；中空TiO2微球在乙二醇中的分散浓度为0.015～0.05mol/L，五水硝酸铋和CTAB按照Ti/Bi的摩尔比为(0.7～3)：1，Bi/Br摩尔比为1：(1～1.5)进行投料；PVP在乙二醇中的浓度为0.1～5g/L；水热反应温度为120～180℃，水热时间为0.5～2h。
[0014]本专利技术所述TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料可以用于光催化二氧化碳还原以及光催化降解等方面。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0016](1)本专利技术所述TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料，BiOBr纳米片状包围空球状TiO2表面，形成每一个独立的花球，确保了较大BiOBr与TiO2的接触面积，从而构建了较为完善的异质结构，来增强其光生载流子的迁移速率，使其获得高效的CO2还原能力。而且，该材TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料具有等级结构，用作催化剂具有较大的比表面积，从而暴露更多的反应活性位点以及对CO2的吸附位点，使其具有对CO2的高效稳定还原性能。
[0017](2)本专利技术提供的TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料的制备方法，通过利用硬模板法制得均匀规则的TiO2中空微球，再通过原位水热法在中空球状TiO2表面生长BiOBr纳米片，形成具有核壳结构的异质结材料。这种核壳结构不仅可以增强光在球形材料内部多次反射，而提高其对可见光的吸收能力，获得对CO2的高效稳定还原性能。
附图说明
[0018]图1为实施例1中制备的TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料的广角衍射XRD图。
[0019]图2为实施例1中制备的中空TiO2微球的扫描电镜(SEM)图。
[0020]图3为实施例1中制备的TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料的扫描电镜(SEM)图。
[0021]图4为实施例1中制备的TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料的高角环形暗场像(HAADF
‑
STEM)图。
[0022]图5为实施例1、2与3中按照不同Ti/Bi制备的中空TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料与对比例1制备的Bulk
‑
TiO2/BiOBr异质结材料在相同条件下对CO2还原为CO的转化率的对比图。
具体实施方式
[0023]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。
[0024]下述实施例中，氨水为市售氨水，浓度为25％～28％。
[0025]实施例1
[0026]一种花球状TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料的制备方法，主要包括以下步骤：
[0027](1)用量筒量取硅酸四乙酯、氨水、去离子水以及乙醇于烧杯中混合，在室温条件下搅拌3小时，用去离子水清洗3～5次，干燥，得到SiO2微球，备用；其中，硅酸四乙酯、氨水、去离子水以及乙醇体积比为1：1：2：15；
[0028](2)用电子天平称量步骤(1)中合成的0.2g SiO2微球分散于150mL乙醇中，得到悬浊液；
[0029](3)用量筒量取氨水1mL、钛酸四丁酯2mL加入步骤(2)中的悬浊液中，加热45℃搅拌24小时，所得溶液冷却至室温后，离心干燥，并用无水乙醇和去离子水清洗3～5次，然后置于60℃烘箱中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种花球状TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料，其特征在于该异质结材料以TiO2中空微球为主体，多个BiOBr纳米片生长在每个TiO2中空微球表面形成独立的花球状核壳结构的异质结构。2.根据权利要求1所述的TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料，其特征在于所述TiO2中空微球的尺寸为300～600nm，花球状TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料的整体尺寸为400～800nm；所述TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料中Ti/Bi的摩尔比为(0.7～3)：1。3.权利要求1～2中任一项所述的TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料的制备方法，其特征在于以二氧化硅作为模板合成TiO2中空微球，再用原位水热法将BiOBr纳米片搭载在TiO2中空微球表面，形成了花球状的TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料。4.一种花球状TiO2/BiOBr核壳结构异质结材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将硅酸四乙酯溶解在乙醇、去离子水和氨水中，搅拌反应，制备得到SiO2微球；(2)将SiO2微球分散在乙醇中，再加入氨水，搅拌得到分散液；向所述分散液中加入钛酸四丁酯，进行加热处理；加热处理后所得溶液分离出固体产物并煅烧，得到SiO2@TiO2微球；将SiO2@TiO2微球用氢氟酸溶液刻蚀，得到TiO2中空微球；(3)将中空TiO2微球用稀硫酸浸泡后，洗涤干燥，分散到乙二醇中，再加入五水硝酸铋、十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮，进行水热反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓兆，王坤，江鹏，袁曼曼，陈丽华，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：