[发明专利]一种制备Sillén-Aurivillius相Bi4NbO8Br纳米片的方法

说明书

本发明提供了一种制备Sillén‑Aurivillius相Bi₄NbO₈Br纳米片的方法，属于纳米材料的制备领域。本发明使用沉淀法制备的BiOBr纳米片为原料，采用自蔓延燃烧法成功制备了Bi₄NbO₈Br纳米片，保持了前躯体的良好形貌；使用草酸铌作为铌源，避免了反应物中存在氯离子，防止有Bi₄NbO₈Cl物相的形成；同时草酸铌作为部分燃料，可以适当降低蔓延燃烧过程的点燃温度。本发明方法简单，适合大批量工业生产；制备的Bi₄NbO₈Br纳米片保持了前躯体较大的比表面积，可以作为潜在的高效光催化剂。

技术领域

本发明涉及一种制备Sillén-Aurivillius相Bi₄NbO₈Br纳米片的方法，更具体的说，利用共沉淀法法制备的BiOBr纳米片为前驱体，采用自蔓延燃烧法，以尿素为燃料，五水合硝酸铋为氧化剂，草酸铌作为燃料和铌源双重功能，制备出Bi₄NbO₈Br纳米片。本技术属于纳米材料的制备领域。

背景技术

随着人类社会和经济的快速发展，化石燃料的大量使用已经产生了严重的环境污染问题。半导体光催化技术作为一种环境净化技术已经得到了广泛的应用，可以将太阳能转化成化学能。然而传统的半导体光催化剂由于光生电子-空穴复合快，禁带宽度较大，造成了量子效率低，可见光响应范围窄等一系列问题，限制了其应用。因而势必要开发可见光响应的催化剂，可以实现对太阳能资源的最大利用。

研究发现，很多含有铋元素(Bi)的氧化物具有较高的光催化活性。铋系光催化材料的价带是由O 2p和Bi 6s轨道杂化而成，导带由Bi 6p轨道构成。Bi 6s轨道的良好分散性增加了光生载流子的迁移率，提高了光生电荷的分离效率并减少了带隙，使得铋系化合物通常具有小于3.0eV的带隙，从而铋系催化剂可以利用可见光发生氧化降解反应。对Sillén族的BiOX等铋基材料的研究证明：其具有的层状结构由交错[Bi₂O₂]^2-平板组成，层间的原子间除存在范德华力还形成了较强的共价键。而属于Aurinillius族的BiMO₄也被发现具有良好的光催化活性，在这种情况下，具有Aurivillius-Sillen相结构的BiMOX(M＝Ta、Nb，X＝Cl、Br)被认为是具有较好前景的可见光响应催化剂。Bi₄TaO₈Cl、Bi₄NbO₈Cl等半导体材料已经被研究证明可以成为一种优良的光催化剂。

传统的固相法制备方法得到的Bi₄NbO₈Br颗粒大，比表面积小(J.Am.Chem.Soc.2016,138,2082-2085)，因此进一步提高Bi₄NbO₈Br的比表面积对于光催化效率的提高显得尤为重要。Sundaram等人(New J.Chem.,2015,39,3956-3963)以尿素为燃料，五水合硝酸铋为氧化剂，氯化铌作为铌源，采用了自蔓延燃烧法得到尺寸较小的Bi₄NbO₈Cl颗粒。但是，由于原料的特殊性，至今没有使用自蔓延燃烧法制备Bi₄NbO₈Br的报道。本发明使用沉淀法制备的BiOBr纳米片为原料，采用自蔓延燃烧法成功制备了Bi₄NbO₈Br纳米片，保持了前躯体的良好形貌；使用草酸铌作为铌源，避免了反应物中存在氯离子，防止了Bi₄NbO₈Cl杂相的形成；同时草酸铌作为部分燃料，可以适当降低蔓延燃烧过程的点燃温度。

发明内容

本发明采用自蔓延燃烧法，制备出一种Sillén-Aurivillius相Bi₄NbO₈Br纳米片。