[发明专利]一种花状BiOI微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光催化材料制备领域，具体涉及一种花状BiOI微球的制备方法。

背景技术

随着现在工业的迅速发展，人类在创造巨大文明和财富的同时，也带来了日益严重的环境问题。特别是水污染问题，越来越引起人们的关注。半导体光催化技术在处理水中一些难降解污染物方面具有显著效果。目前，TiO₂是研究的最广泛、最深入的一种光催化剂。然而，二氧化钛的带隙很宽，只对紫外光响应，而不能吸收太阳光中占大部分的可见光，大大限制了TiO₂的实际应用。因此，寻求新型高效的可见光催化剂是进一步发展的必然趋势。

碘化氧铋(BiOI)是一种重要的V-VI-VII三元化合物，呈四方晶型结构，其晶体结构是由Bi₂O₂层和交叉在其中的双层卤素原子构成的层状结构。BiOI作为一种新型的半导体材料，因其具有独特的电子结构，优良的电学，磁学，光学，催化和发光性能，吸引了研究者的广泛关注。迄今为止，人们已经通过不同的方法制备出不同形貌的BiOI微纳米结构。Zhang等(XZhang,Z.H.Ai,F.L.Jia,andL.ZZhang,J.Phys.Chem.C,2008,112,747-753)用乙二醇为溶剂水热合成了BiOI微球，并显示了较好的光催化活性；Xiao等(XXiaoandW.D.Zhang,J.Mater.Chem.,2010,20,5866-5870)在乙醇-水反应体系中，通过氨水调节前驱体pH，制备了3DBiOI微球，在可见光下降解苯酚，表现出良好的光催化活性。

近年来，微乳液法已经被人们广泛应用到合成特殊结构的材料上来。这种微乳液为透明的分散体系，是由两种及两种以上互不相溶的液体在一定量的表面活性剂或偶尔有助表面活性剂混合的情况下，自发形成的光学各向同性的，透明的和热力学稳定的系统。然而，以离子液体微乳液为模板在水热条件下合成BiOI微球尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种花状BiOI微球的制备方法。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

第一步、将硝酸铋溶解于酸溶液中，得到溶液A；

第二步、将离子液体碘化1-丁基-3-甲基咪唑和非离子表面活性剂PVP溶于蒸馏水中，常温磁力搅拌1h形成微乳液B；在反应过程中，离子液体[Bmin]I不仅用作碘源和溶剂，同时也作为油相形成微乳液B，对花状BiOI微球的形成有着重要作用。

第三步、将溶液A与微乳液B混合，其中溶液A与微乳液B的体积比为1:5，控制pH为1-4，搅拌；

第四步、倒入高压釜中，水热反应；

第五步、洗涤，离心，烘干，即得花状BiOI微球。

本发明制备的花状BiOI微球作为可见光催化剂不但能够用于室内空气污染治理，而且在水污染治理、新能源和选择性催化氧化等方面也有较高的应用价值。

优选地，第一步中所述的酸溶液为硝酸溶液，其中，所述的硝酸和硝酸铋的摩尔比为2:1，因为盐酸、硫酸均与硝酸铋反应形成沉淀，不利于花状BiOI微球的制备，所以采用硝酸，且硝酸浓度高于硝酸铋的浓度，使得硝酸铋易溶。

优选地，第三步中控制pH时使用2mol·L^-1的NaOH溶液调节。也可以采用其他浓度的NaOH溶液。

优选地，所述的硝酸铋与离子液体碘化1-丁基-3-甲基咪唑的摩尔比为1:1～2。

优选地，第二步中，所述的离子液体碘化1-丁基-3-甲基咪唑的质量和蒸馏水的体积之比为0.533～1.065:25g/mL，离子液体碘化1-丁基-3-甲基咪唑与PVP的质量比为1:0.2～1.5。

优选地，第三步中，所述溶液A与微乳液B混合条件是：在搅拌作用下，把溶液A逐滴加入到微乳液B，形成砖红色悬浮液，并搅拌1-2小时使其充分反应，然后装入高压釜中。

优选地，第四步中，所述水热反应是将在高压反应釜中的混合溶液，置于烘箱中反应，在烘箱中水热反应的温度为100-160℃，反应时间12小时。首次采用离子液体微乳液液滴为软模板，不添加任何有机溶剂，在水热条件下合成了花状BiOI微球光催化材料，满足绿色环保的要求。

优选地，用去离子水和无水乙醇洗涤经过水热反应后的产物，去除杂质离子和表面活性剂PVP，然后进行离心，之后在60℃下烘干，即得到花状BiOI微球。采用上述方法所制备的花状BiOI微球，其晶型与标准粉末衍射卡片(JCPDSCardNO.10-0445)完全吻合。