[发明专利]一种BiOCl表面光电压信号显著增强的制备方法

说明书

本发明涉及材料化学领域，尤其是光催化材料领域，具体为一种BiOCl表面光电压信号显著增强的制备方法。该方法为：将硝酸铋溶解于冰乙酸中，再加入葡聚糖20000，向硝酸铋‑冰乙酸‑葡聚糖溶液中逐滴加入10 mL KCl溶液（KCl的摩尔数等于硝酸铋的摩尔数）。将生成的沉淀转入水热反应釜水热处理，自然冷却至室温。将粉末用去离子水和酒精洗涤，取出分散在酒精中，干燥后得到样品。经葡聚糖20000辅助后所制备BiOCl样品表面光电压信号在300‑500区间显著增强。本发明操作简便，原料易得、易于实现且安全可靠。

技术领域

本发明涉及材料化学领域，尤其是光催化材料领域，具体为一种BiOCl表面光电压信号显著增强的制备方法。

背景技术

BiOCl的晶体结构为PbFCl型，对称性:D_4h，空间群:P4/nmm，属于四方晶系。BiOCl具有层状结构，双层排列的BiOCl原子层之间由Cl原子通过非键力(范德华力)结合。BiOCl价带主要为O 2p和Cl 3p占据，导带主要是Bi 6p轨道的贡献。由于BiOCl属间接跃迁带隙，因此激发电子必须穿过某些K层才能到达价带，这就降低了激发电子和空穴复合的几率。BiOCl开放式晶体结构和间接跃迁模式的并存有利于空穴-电子对的有效分离和电荷转移，这些特征使其具有相对高的光催化活性。研究表明，在一些情况下BiOCl显示出比TiO₂更好的光催化活性和更高的稳定性。BiOCl带宽为3.22eV，主要依靠紫外光激发，但是在可见光照射下(λ＞420nm)BiOCl显示一定的可见光催化活性，这主要归因于光敏化降解。为满足实际应用，BiOCl的光生电荷分离效应和光催化活性有待于进一步提高。为此，人们对其做了诸如掺杂、构筑异质结等改性研究。在众多手段中构筑异质结是提高光生电荷分离效应和光催化活性非常有效的方法之一。

人们对BiOCl基异质结光催化活性开展了研究。Mushtaq与合作者将原位制备的Bi₂O₃/BiOCl异质结，他们对可见光照射下的光生电荷转移做了推测：在可见光照射下Bi₂O₃被激发，电子跃迁到导带，在价带产生空穴，由于界面电场作用，BiOCl价带上的电子向Bi₂O₃价带转移，从而在BiOCl价带积累空穴，在Bi₂O₃导带积累电子，有效实现光生电荷的分离。分离后的光生电荷诱发光催化反应，从而提高其光催化活性。Guerrero课题组采用溶胶-凝胶法将BiOCl负载于多孔TiO₂表面，实验结果显示该催化剂对罗丹明B的光催化活性增强。在紫外-可见光照射下，因其能带位置的差异，TiO₂导带上的电子向BiOCl导带转移，BiOCl价带上的空穴向TiO₂价带转移，有效实现光生电荷分离，其光催化活性显著提高。福州大学王绪绪教授等采用“一锅水热法”制备了Bi₃O₄Cl/BiOCl异质结，结果表明Bi₃O₄Cl/BiOCl异质结比纯Bi₃O₄Cl和BiOCl光催化活性高，当受到可见光激发后，Bi₃O₄Cl被激发产生空穴和电子。由于界面电场作用，BiOCl价带上的电子可以迁移到Bi₃O₄Cl价带，从而实现电荷的有效分离。清华大学朱永法教授等利用水热法制备了Bi₂MoO₆-BiOCl异质结，该异质结显示出比BiOCl、Bi₂MoO₆更为优异的可见光催化活性。在可见光照射下，Bi₂MoO₆产生电子-空穴对，由于Bi₂MoO₆的导带位置比BiOCl的导带更负，Bi₂MoO₆的导带上的光生电子会向BiOCl的导带转移，从而光生电子-空穴得到有效分离，其可见光催化活性增强。浙江师范大学胡勇等采用离子交换和400℃加热方式制备了花状BiOCl/(BiO)₂CO₃/Bi₂O₃异质结，该三元异质结光催化活性高于BiOCl/(BiO)₂CO₃和Bi₂O₃/(BiO)₂CO₃。在可见光照射下，吸附在BiOCl表面的甲基橙转变为激发态，该激发态向BiOCl导带注入电子，由于BiOCl和(BiO)₂CO₃导带位置的差异，BiOCl导带电子向(BiO)₂CO₃导带迁移。当Bi₂O₃受可见光激发后，导带电子向(BiO)₂CO₃导带迁移，而空穴则留在价带上。通过以上方式，电子-空穴对得到有效分离，光催化活性得以显著提高。但以上方法均存在操作繁琐、可控性差的缺点，急需采用简便的手段提高BiOCl光生电荷分离效应，以进一步提高光催化性能，为实现工业化应用奠定坚实基础。