一種復(fù)合可見光光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，具體地，是涉及一種石墨稀-B1ClxBrii復(fù)合可見光光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，半導(dǎo)體光催化劑作為一種綠色材料被廣泛應(yīng)用于能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)。其中，銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米材料是光催化材料研究的熱點(diǎn)，而且已經(jīng)被證明為最有效地光催化材料。然而，二氧化鈦的禁帶寬度為3.2ev，不能有效利用太陽能。因此，尋找更有效的可見光光催化材料就成為光催化發(fā)展的趨勢(shì)。
[0003]具有層狀化結(jié)構(gòu)的鹵氧鉍系B1X(X= Cl ,Br，I)光催化材料，表現(xiàn)出獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)、電子特性、光學(xué)性質(zhì)以及良好的光催化活性和穩(wěn)定性，引起光催化領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的極大關(guān)注。特別是B1ClxBr1-x的固溶體具有更加優(yōu)異的可見光光催化性能。中國(guó)專利20 I 3 10 182509.8公布了一種摻雜碘的B1ClBr光催化劑及其制備方法，有效說明B1ClxBr1-X的固溶體能增強(qiáng)光催化能力。而中國(guó)專利CN104525227A、CN104174415A、CN103920508A等進(jìn)一步通過復(fù)合的方式提高B1X的可見光光催化性能。
[0004]半導(dǎo)體材料石墨烯因在可見光區(qū)有良好的吸收，并具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性而受到人們的普遍關(guān)注，其作為新型非金屬光催化材料被廣泛應(yīng)用于有機(jī)反應(yīng)、降解有機(jī)染料、光解水制氫等各類催化反應(yīng)中，近年來，石墨烯還被廣泛應(yīng)用于光催化劑的改性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供復(fù)合可見光光催化劑及其制備方法，通過B1ClxBr1-X與石墨稀的復(fù)合進(jìn)一步提升鹵氧祕(mì)系光催化材料的性能，原料成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案:
[0007]復(fù)合可見光光催化劑，是直徑為I?2mm的B1ClxBrii微球負(fù)載在石墨稀納米片，其中石墨烯的質(zhì)量百分比為5%-20%，較佳為10%。
[0008]復(fù)合可見光光催化劑的制備方法，步驟如下:
[0009](I)在攪拌及超聲波的條件下，將石墨烯分散到有機(jī)溶劑中，得到石墨烯溶液;濃度為0.285-0.57wt% ；
[0010](2)將鉍源、氯源及溴源加入同樣的有機(jī)溶劑中，混合均勻，得到混合物溶液，備用；
[0011]所述的鉍源為鉍的可溶性鹽，如硝酸鉍(Bi(NO3)3.5H20);
[0012]氯源和溴源為有機(jī)鹵化物，如十四烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十四烷基三甲基氯化銨(TTAC);
[0013]鉍源與氯源和溴源總和的摩爾比為I: I;
[0014]氯源和溴源按照Cl: Br的摩爾比為3:7-7:3，較佳為7:3 ；
[0015]所述的有機(jī)溶劑為乙二醇或者無水乙醇；
[0016](3)將步驟(2)所得混合物溶液加入到步驟(I)的石墨烯溶液中，混合均勻，得到反應(yīng)液；
[0017](4)將反應(yīng)液移入不銹鋼反應(yīng)釜，密封，100°C?200°C反應(yīng)12_24h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用去離子水反復(fù)清洗產(chǎn)物，再用無水乙醇反復(fù)清洗，干燥后經(jīng)高溫退火得到反應(yīng)產(chǎn)物。
[0018]本發(fā)明所得復(fù)合物具有優(yōu)異的光催化性能。
[0019]本發(fā)明方法的成本價(jià)廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易控，產(chǎn)物差率高，適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[°02°]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所得的石墨稀-B1ClxBr1-X(x = 0.7)復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的XRD譜圖，與B1Cl圖譜的文獻(xiàn)值(JCPDS n0.73-2060)—致。沒有B1Br的特征峰出現(xiàn)是由于形成了 B1CluBno的固溶體。圖譜未出現(xiàn)氧化石墨烯(GO)的峰，是由于GO的含量較低且被還原成石墨稀。
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所得的石墨烯-B1ClxBn—x復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的SEM圖(a)和TEM圖(b)，可以看出直徑為I?2μηι的B1ClxBr1-X微球負(fù)載到石墨稀納米片上；
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1所得的石墨烯-B1ClxBr1-x復(fù)合光催化劑對(duì)羅丹明B的光催化數(shù)據(jù)圖，50min內(nèi)100%降解了 10g/L羅丹明B，圖3中的插圖是不同催化時(shí)間的溶液顏色對(duì)照?qǐng)D；
[0023]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1所得的B1ClxBr1-X與不同濃度石墨烯-B1ClxBr1-x(空白、Bi0ClxBn-x,5 %復(fù)合物、10 %復(fù)合物、20 %復(fù)合物)的復(fù)合光催化劑對(duì)羅丹明B的光催化數(shù)據(jù)圖，從圖中可以看出10%石墨烯-B1ClxBr1-x復(fù)合光催化劑具有最優(yōu)異的光催化性能。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下通過【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步描述本發(fā)明，由技術(shù)常識(shí)可知，本發(fā)明也可通過其它的不脫離本發(fā)明技術(shù)特征的方案來描述，因此所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或等同本發(fā)明范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。本發(fā)明所采用的試劑均經(jīng)過市售獲得。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]石墨稀-Bi0ClxBrl-x(x = 0.3)復(fù)合可見光光催化劑的制備方法，步驟如下:
[0027](I)在攪拌及超聲波的條件下，將0.1g石墨烯分散到35mL乙二醇中，得到石墨烯溶液；
[0028](2)將Immol的Bi(NO3)3.5H20、0.3mmol十四烷基三甲基氯化銨(CTAB)和0.7mmol十四烷基三甲基溴化銨(TTAC)加入35ml乙二醇(EG)中，室溫下攪拌0.5小時(shí)，加入到步驟
(I)所得石墨烯溶液中，磁力攪拌I小時(shí)；
[0029](3)然后將所得懸浮液轉(zhuǎn)移至10ml內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，放入烘箱在180°C條件下加熱12小時(shí)，然后冷卻至室溫。收集生成的沉淀物，并用乙醇和蒸餾水徹底洗滌，并在50°C在空氣中干燥，得到復(fù)合可見光光催化劑。
[0030]光催化實(shí)驗(yàn):將0.1g復(fù)合可見光光催化劑分散到200mL的羅丹明B水溶液中，并在黑暗條件下連續(xù)磁攪拌I小時(shí)，使染料和催化劑之間達(dá)到平衡。在可見光照射下，每隔1min中，從反應(yīng)器中吸取約5ml懸浮液，離心(I3000轉(zhuǎn)，15分鐘)除去懸浮液中的光催化劑顆粒。然后，在紫外-可見光漫反射光譜儀測(cè)定其吸光度，見圖3所示。
[0031]實(shí)施例2:
[0032]實(shí)施例2與實(shí)施例1的內(nèi)容不同點(diǎn)如下:
[0033]步驟(2)中，0.7mmo I十四烷基三甲基氯化銨(CTAB)和0.3mmo I十四烷基三甲基溴化銨溶于35ml乙醇；
[0034]步驟(3)中，反應(yīng)液在200°C反應(yīng)24小時(shí)。
[0035]得到了直徑為I?2mmBi0ClxBrl-x微球負(fù)載到石墨稀納米片上的復(fù)合光催化劑，X= 0.7，是直徑為I?2微米的B1ClxBrl-x微球負(fù)載到石墨稀納米片上;對(duì)羅丹明B的光催化實(shí)驗(yàn)中，50min內(nèi)100%降解了 10g/L羅丹明B。
[0036]實(shí)施例3:
[0037]石墨烯-B1ClxBrl-x復(fù)合可見光光催化劑的制備方法，步驟如下:
[0038](I)在攪拌及超聲波的條件下，將0.2g石墨烯分散到35mL乙二醇中，得到石墨烯溶液；
[0039](2)將Immol的Bi(NO3)3.5H20、0.5mmol十四烷基三甲基氯化銨(CTAB)和0.5mmol十四烷基三甲基氯化銨(TTAC)加入到35ml乙醇中，室溫下攪拌0.5小時(shí)，加入到步驟(I)所得石墨烯溶液中，磁力攪拌I小時(shí)。
[0040](3)然后將所得懸浮液轉(zhuǎn)移至10ml內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，放入烘箱在100°C條件下加熱20小時(shí)，然后冷卻至室溫。收集生成的沉淀物，并用乙醇和蒸餾水徹底洗滌，并在50 °C在空氣中干燥，得到的產(chǎn)物是直徑為I?2微米的B1ClxBr 1-x微球負(fù)載到石墨稀納米片上;對(duì)羅丹明B的光催化實(shí)驗(yàn)中，50min內(nèi)100 %降解了 I Og/L羅丹明B。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合可見光光催化劑，其特征在于是直徑為I?2mm的B1ClxBr1-x微球負(fù)載在石墨稀納米片上形成，其中石墨稀的質(zhì)量百分比為5%-20%。2.—種權(quán)利要求1所述的復(fù)合可見光光催化劑的制備方法，其特征在于步驟如下: (1)將石墨烯分散到有機(jī)溶劑中，得到石墨烯溶液，溶液濃度為0.285?0.57wt% ; (2)將鉍源、氯源及溴源加入同樣種類的有機(jī)溶劑中，混合均勻，得到混合物溶液，備用； (3)將步驟(2)所得混合物溶液加入到步驟(I)的石墨烯溶液中，混合均勻，得到反應(yīng)液； (4)將反應(yīng)液移入不銹鋼反應(yīng)釜，密封，100°C?200°C反應(yīng)12-24h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用去離子水反復(fù)清洗產(chǎn)物，再用無水乙醇反復(fù)清洗，干燥后經(jīng)高溫退火得到反應(yīng)產(chǎn)物。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合可見光光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的鉍源為鉍的可溶性鹽;氯源和溴源為有機(jī)鹵化物，所述的有機(jī)溶劑為乙二醇或者無水乙醇。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合可見光光催化劑的制備方法，其特征在于所述的鉍源為硝酸鉍。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合可見光光催化劑的制備方法，其特征在于所述的氯源和溴源分別為十四烷基三甲基氯化銨和十四烷基三甲基溴化銨。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合可見光光催化劑的制備方法，其特征在于所述的鉍源與氯源和溴源總和的摩爾比為1:1;氯源和溴源按照Cl:Br的摩爾比為3:7-7: 3。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合可見光光催化劑及其制備方法，該催化劑是直徑為1～2mm的BiOClxBr1-x微球負(fù)載在石墨烯納米片上形成的，其中石墨烯的質(zhì)量百分比為5％-20％。制備方法是：(1)將石墨烯分散到有機(jī)溶劑中，得到石墨烯溶液；(2)將鉍源、氯源及溴源加入同樣種類的有機(jī)溶劑中，混合均勻，得到混合物溶液；(3)將混合物溶液加入到石墨烯溶液中，移入反應(yīng)釜，密封，100℃～200℃反應(yīng)12-24h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，產(chǎn)物經(jīng)清洗，干燥后經(jīng)高溫退火得到，該復(fù)合催化劑的結(jié)晶性能良好,在催化、鋰電、超級(jí)電容器及潤(rùn)滑磨損等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】B01J27/06, B01J21/18
【公開號(hào)】CN105597794
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510976777
【發(fā)明人】唐國(guó)鋼
【申請(qǐng)人】鎮(zhèn)江市高等?？茖W(xué)校
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日