[发明专利]一种软模板法制备BiOCl空心壳的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光催化材料制备领域，具体涉及一种软模板法制备BiOCl空心壳的方法。

背景技术

能源资源的枯竭和自然环境的恶化是现代社会面临的两个最紧迫的问题。自从1972年Fujishima和Honda首次报道在TiO₂电极上光催化裂解水产生氢气和氧气后，半导体光催化技术已经被人们广泛的应用到太阳能的能量转换和有机污染物的降解方面。目前，TiO₂是研究的最广泛、最深入的一种光催化剂，已经取得了多项进展。然而，二氧化钛的带隙很宽，只对紫外光(波长<400nm，大约占总太阳光的4％)响应，而不能吸收太阳光中占大部分的可见光(波长>400nm，大约占总太阳光的43％)，这大大限制了TiO₂的实际应用。因此，开发新型高效的可见光催化剂是必不可少的，近年来，在这一领域相应的研究已成为最热门的话题之一。

溴化氧铋(BiOCl)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。BiOCl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BiOCl微纳米结构。J.Y.Xiong,G.Cheng,G.F.Li,F.Qin,R.Chen,RSC Adv.1(2011)1542–1553，通过甘露醇辅助水热途径制备了BiOCl方形纳米盘，并显示了较好的光催化活性；L.Y.Ding,R.J.Wei,H.Chen,J.C.H,J.L.Li,Applied Catalysis B:Environmental 172–173(2015)91–99，通过溶剂热法成功合成了纳米片富集的BiOCl分层微球，可通过调节前驱体溶液的pH来控制片层的厚度；BiOCl空心壳的方法具备更高的光催化活性，然而，到目前为止，还没有关于制备BiOCl空心壳的方法。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术的有机污染物的降解需要高效的可见光催化剂的问题，本发明提供了一种软模板法制备BiOCl空心壳的方法。与BiOCl纳米片和TiO₂(Degussa,P25)相比，它所制备的BiOCl空心壳表现出更好的光催化活性。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种软模板法制备BiOCl空心壳的方法，其步骤为：

第一步、将硝酸铋溶解于酸溶液中，得到溶液A；

第二步、将离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑和非离子表面活性剂TX-100溶于蒸馏水中，，常温磁力搅拌1h形成微乳液B加热搅拌形成微乳液B；在反应过程中，离子液体[Bmin]Cl不仅用作溴源和溶剂，同时也作为油相形成微乳液B，对BiOCl空心壳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6-10，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BiOCl空心壳。本发明制备的BiOCl空心壳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。

在可见光照射下降解罗丹明B溶液中，与BiOCl纳米片和TiO₂(Degussa,P25)相比，所制备的BiOCl空心壳表现出更好的光催化活性。

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。因为硫酸、盐酸会均与硝酸铋反应，形成沉淀，不利于本发明的制备；硝酸的浓度略高，硝酸铋更易溶。

优选地，第三步中控制pH时使用2mol·L^-1的NaOH溶液调节。NaOH溶液是最常用的碱液，而且不会与反应体系中的其他物质发生反应；浓度的话不一定非要2mol/L，也可以选择其他浓度值的NaOH溶液。

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

优选地，第二步中，所述的离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑的质量和蒸馏水的质量之比为0.35～0.70:25g/mL，离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑与TX-100的质量比为1:0.5～2。