[发明专利]BiOCl纳米片{001}晶面沉积纳米银制备的Ag-BiOCl复合光催化剂及方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种BiOCl纳米片{001}晶面选择性沉积纳米银制备的Ag-BiOCl复合光催化剂及其方法。

背景技术

自上世纪70年代以来，光催化降解环境中的有毒有机污染物因其提供了一种环境友好型的途径来解决人类面临的环境问题而逐渐引起环境学家们的广泛关注。起初，TiO₂因其光催化活性高、化学性质稳定、无二次污染、价廉易得等优点，被广泛应用于光催化降解环境中的有毒有机污染物。然而，TiO₂禁带宽度较宽，只能被太阳光中的紫外光所激发，而对占太阳能45-50％的波长为400-750nm的可见光却没有响应，这限制了TiO₂作光催化剂的有效应用。随后材料学家们对TiO₂进行掺杂，形成以TiO₂为基质的掺杂材料用作多相光催化剂，基于由此产生的协同效应以提高TiO₂基材料的可见光催化活性。但是，TiO₂基多相光催化材料在掺杂过程需要在高温下煅烧或是需要很多反应步骤，而且往往需要昂贵的离子移植设备，这大大限制了它的工业应用潜力。

研究光催化剂的另一思路是开发设计出新型的没有掺杂的单相的氧化物光催化剂使其能够在可见光下被激发，如BiOX，X＝Cl，Br，I尤其是氯氧铋(BiOCl)基于其具有的高度各向异性的层状结构便于光生电子穴位的分离而具有稳定的光催化活性，从而引起了相关学者的关注。但BiOCl的禁带宽度(～3.0eV)较宽，同样限制了其对可见光的利用。最近也有文献报道[Hong,Deng；Yadong Li,Chem.Eur.J.2005,11,6519-6524]通过简单的调节五水硝酸铋和十六烷基氯化铵混合液的pH值，然后在160-180℃温度下水热12至24个小时可以得到不同计量比的单相的Bi₂₄O₃₁Cl₁₀，随着溶液pH值的逐渐增大，产品的颜色从白色逐渐变成了黄色，而且产品的紫外漫反射光谱也表明它的最大吸收边缘逐渐在向可见光区域移动，这些都说明它对可见光的吸收在逐渐增强。此外，我们[张礼知等，中国发明专利，申请公布号：CN102553620A曾采用无机盐氯化钾替代十六烷基氯化铵作为氯源，通过氢氧化钠调节反应溶液的pH值至12.5～13，然后在160℃的温度下水热24小时合成出一种全新计量比的Bi1₂O₁₇Cl₂单相可见光催化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种BiOCl纳米片{001}晶面沉积纳米银制备的Ag-BiOCl复合光催化剂及其方法。该银-氯氧铋(Ag-BiOCl)复合光催化剂可见光响应活性高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

Ag-BiOCl复合光催化剂，它由厚度为500nm～1μm的BiOCl纳米片和附着于BiOCl单晶纳米片{001}面的纳米银组成，所述纳米银的粒径为100～200nm。

上述BiOCl纳米片{001}晶面沉积纳米银制备Ag-BiOCl复合光催化剂的方法，其步骤如下：

(1)制备{001}面暴露的BiOCl单晶纳米片(SCNSs)：将铋盐和氯盐加入水中溶解，同时不断搅拌，调节pH至0.5～2，然后于水热反应釜中200～240℃水热处理18～30小时，后处理得到{001}面暴露的BiOCl单晶纳米片，其中：铋盐以铋计，氯盐以氯计，两者摩尔比为1:1；

(2)制备Ag-BiOCl复合光催化剂：将步骤(1)所得{001}面暴露的BiOCl单晶纳米片分散于多羟基醇非水溶剂中，得到其分散液，再向所述分散液中加入AgNO₃，混合均匀后于微波反应系统中130～180℃辐射7～15分钟，后处理即得Ag-BiOCl复合光催化剂。

按上述方案，所述步骤(1)中的铋盐为五水硝酸铋，所述氯盐为氯化钾。

按上述方案，所述步骤(1)的水溶液中铋盐和氯盐的物质的量浓度均为0.06～0.065mol/L。

按上述方案，所述步骤(1)的后处理为冷却至室温，洗涤，干燥得到{001}面暴露的BiOCl单晶纳米片。

按上述方案，所述步骤(1)中pH调节用调节剂为NaOH溶液。

按上述方案，所述步骤(1)中的反应釜为特氟龙反应釜。