[发明专利]一种Fe掺杂卤氧铋纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种Fe掺杂卤氧铋纳米材料的制备方法，包括以下步骤：分别配制五水硝酸铋的乙二醇溶液和卤盐与九水硝酸铁的水溶液，在室温下，将所得水溶液滴加至乙二醇溶液中，并辅助超声波作用进行反应，最后将所得沉淀进行洗涤、烘干冷却，即得所述的Fe掺杂卤氧铋纳米材料。本发明可在室温条件下实现Fe掺杂卤氧铋纳米材料的一步合成过程，无需高温高压条件，反应条件温和，反应时间短，节能减耗；且涉及的合成工艺简单，原料成本和生产成本低，可重复性好，适合工业化推广应用。

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种Fe掺杂卤氧铋纳米材料的制备方法。

背景技术

环境污染日益加深，严重危害着人类健康，自1972年日本Fujishima和Honda 发现TiO₂单晶电极光解水以来，光催化技术为治理环境污染方面提供了一个新的思路。传统的TiO₂光催化剂由于具有抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、价廉等优点受到广泛关注，但其禁带宽度较宽，仅能吸收紫外光，不能有效利用太阳光，限制了TiO₂在实际应用中的发展。因此，开发出更有效的光催化剂来降解污染物成为国内外科学家们研究的热点，目前，铋系光催化剂因其在可见光辐照下对难降解有机物具有良好光催化作用而成为新型光催化材料的研究热点。其中，卤氧铋材料作为一种新型的具有层状正方氟氯铅矿(PbFCl) 结构的高活性半导体光催化材料，表现出很多优异的性能：光催化活性高、结构稳定、原料易得、制备方法简单、环境毒性小、可吸收太阳光等，其特殊的铋氧层与卤原子之间的内在电场结构能够有效促进电子-空穴对的分离，引起人们的广泛而深入的研究。但是由于BiOCl 禁带宽度大，只对紫外光(太阳光中含量低于4％)有响应，BiOBr虽然禁带宽度小于BiOCl，但也只对部分可见光有吸收，所以科学家们在对卤氧铋材料的改性方面做出了很大的努力，其中包括改进制备方法、掺杂负载、构建异质结及与其他半导体复合等，可以有效提高铋系半导体材料的光催化活性。

目前，在众多关于提高卤氧铋光催化剂催化活性的报道中，过渡金属离子掺杂半导体光催化材料受到了研究者的广泛关注。过渡金属离子掺杂半导体可以在其禁带中形成新的能级，改变半导体的电子跃迁方式，增强对入射光的吸收范围，掺杂的过渡金属离子可以有效的转移光生电子，抑制光生电子-空穴的复合，大幅提高光催化材料的能量转化效率。在过渡金属的选择中常用的为Fe，Cu，Mn，Ni等，Liu等(Journal of the AmericanChemical Society 2013, 135,10064-10072)报道了在TiO₂的体相和表面掺杂Fe离子，利用体相与表面匹配的Fe离子的能级，通过界面电子转移，有效的抑制光生电子-空穴的复合，提高了TiO₂的光催化性能； Brijesh Pare等(Applied Surface Science 2011,258,247-253)报道了Mn掺杂的BiOCl，增加了 BiOCl对可见光的吸收，并且由于Mn离子对光生电子的捕获，抑制了电子-空穴的复合，从而提高了BiOCl的光催化性能；Guo等(Journal ofColloid and Interface Science 2012,369, 373-380)报道了Fe掺杂的Bi₂WO₆材料，表明一定量的Fe掺杂有利于提高Bi₂WO₆对可见光的吸收，提高光催化材料对染料的降解能力。