[发明专利]一种Bi2O3/BiOX纳米异质结构空心球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Bi₂O₃/BiOX纳米异质结构空心球及其制备方法，尤其涉及一种具有高比表面积的Bi₂O₃/BiOX(X=Cl, Br或I)纳米异质结构空心球及其制备方法。

背景技术

现代社会高速发展，环境污染问题和能源危机己经成为人类面临的两大难题。由于半导体光催化技术可以在室温下充分利用太阳光，而且具有低成本、无污染等优点，是较优的环境友好型技术之一，得到了普遍的关注。它一方面可以将太阳能转化为无污染洁净的电能和氢能，另一方面，光催化过程中产生的大量氧化物可以降解水和大气中的有机污染物，从而解决环境污染问题，有望成为能够同时解决环境和能源问题的有效方法之一。异质结，是两种不同的半导体相接触所形成的界面区域。按照两种材料的导电类型不同，异质结可分为同型异质结（p-p结或n-n结）和异型异质(p-n或p-n)结，多层异质结称为异质结构。通常形成异质结的条件是：两种半导体有相似的晶体结构、相近的原子间距和热膨胀系数。异质结常具有两种半导体各自的pn结都不能达到的优良的光电特性，如量子效应、超晶格、二维电子气等，使它适宜于制作超高速开关器件、太阳能电池以及半导体激光器等。

由于Bi₂O₃具有特殊的禁带宽度以及能级位置，使其只具有光降解能力而无光催化产氢能力，且其不耐酸性溶液。BiOX(X=Cl, Br或I)作为一种新型的多元铋金属氧化物光催化剂，由于具有可见光响应弱、光催化剂量子效率等缺点，限制其应用。若将Bi₂O₃和BiOX(X=Cl, Br或I)制成Bi₂O₃/BiOX(X=Cl, Br或I)异质结，则可避免两者的缺点。而现有技术中，制备的Bi₂O₃/BiOCl异质结具有比表面积极低且两种半导体材料的异质界面结晶质量不高等缺点，影响了其性能，限制其应用。

发明内容

本发明提供一种具有高比表面积的Bi₂O₃/ BiOX(X=Cl, Br或I)纳米异质结构空心球及其制备方法。

本发明的Bi₂O₃/BiOX纳米异质结构空心球，其球壳由两层组成，外层为BiOX，X=Cl, Br或I，内层为Bi₂O₃，内、外层的厚度分别在10纳米以下，空心球直径为80～600纳米。

上述Bi₂O₃/BiOX纳米异质结构空心球的制备方法，步骤如下：

1）配置吸附溶液：将五水硝酸铋加入到DMF中，搅拌直至硝酸铋完全溶解，配置成铋离子浓度为0.01~0.1 mol/L吸附溶液；

2）吸附：将表面具有羧基和羟基的碳球、PS球或SiO₂球模板浸入步骤1）的吸附溶液中，使球状模板含量为1g/L~100g/L，超声振荡使球状模板充分分散，搅拌吸附12~24h后离心或抽滤，于40～100℃干燥2～48h，获得吸附后的球状模板；

 3）除模板：将经步骤2）处理的碳球或PS球模板以1℃/分的速率升温至300~350℃热处理4～8h，去除碳球或PS球模板获得Bi₂O₃空心球壳体；或者将经步骤2）处理的SiO₂球以1℃/分的速率升温至300~350℃热处理4～8h后，再浸入温度为20～100℃，浓度为1～20M的NaOH溶液中保持0.5～24h，去除SiO₂球模板获得Bi₂O₃空心球壳体；

4）酸化：将步骤3）制得的Bi₂O₃空心球壳体置于1~5 mol/L的HX溶液中，X=Cl, Br或I，使其含量为1g/L~10g/L，搅拌反应1～5h，获得Bi₂O₃/BiOX的纳米异质结构空心球，X=Cl, Br或I。