[发明专利]电气石原位复合片状卤氧化铋连续固溶体的制备方法

说明书

本发明涉及天然电气石原位复合片状卤氧化铋连续固溶体BiOX_xY_1‑x（X,Y=Cl,Br,I,X≠Y,0x1）的制备方法，以获得具有高可见光催化活性的复合光催化新材料，属于无机非金属材料技术领域。具体步骤：1）天然电气石预处理后，称取一定质量加入分散剂中，机械搅拌并辅之以超声分散；2）称取一定质量的铋盐加入到1）中，继续搅拌并超声分散；3）称取一定质量卤化物KX和KY放入另一烧杯中，加蒸馏水溶解；4）将3）中混合溶液逐滴加入到2）的混合悬浮液，滴加完毕停止超声，继续搅拌。抽滤，无水乙醇和蒸馏水交替洗涤至滤液呈中性；5）将4）中产物放入真空干燥箱内晶化，冷却后研磨，即得片状BiOX_xY_1‑x/电气石复合光催化材料。所得产物可见光催化活性比BiOX_xY_1‑x显著提高。

技术领域

本发明涉及天然电气石原位复合片状卤氧化铋连续固溶体BiOX_xY_1-x(X,Y＝Cl,Br,I,X≠Y,0x1)的制备方法，以获得具有高可见光催化活性的复合光催化新材料，属于无机非金属材料技术领域。

背景技术

环境污染与资源短缺既是我国实施可持续发展战略优先考虑的重大课题，也是21世纪人类社会所面临的重大挑战。光催化技术具有光分解水制氢和光降解有机污染物两大功能，在能源利用、污染治理等领域倍受关注。利用光催化材料净化空气和水，已成为当今世界引人注目的高新环境净化技术。卤氧化铋BiOX(X＝Cl、Br、I)，属于四方晶系，具有独特的晶体结构和物化性质，是一种高度各向异性的层状半导体，这种层状结构非常容易沿[001]方向解离，被广泛地用做光催化剂降解水中有机污染物。BiOCl、BiOBr和BiOI的禁带宽分别为3.22eV、2.64eV和1.77eV，可以看出BiOX的禁带宽随着X电负性的减小而减小。BiOCl禁带宽度较大，仅限于紫外光区范围响应，BiOI的禁带宽度较小，但光生电子与空穴复合几率大，这些缺点大大限制了它们的应用。BiOBr具有合适的禁带宽度，能实现可见光响应，同时，它还是一种间接半导体，在可见光半导体光催化材料中有极大的应用前景。然而，BiOBr也存在一些缺点，比如可见光利用率低、空穴-电子对容易复合、导带位置不利于分子氧活化等。卤氧化铋光催化剂的复合改性对于实际应用具有重要的指导意义，卤氧化铋固溶体型复合催化剂BiOX_xY_1-x(X,Y＝Cl,Br,I,X≠Y,0x1)应运而生，并引起了学者们的广泛关注。复合体系中Bi³⁺空位对光生载流子有俘获作用，可以降低空穴-电子对复合几率。另外，相对于端员相而言，复合型催化剂如BiOCl_xBr_1-x、BiOCl_xI_1-x、BiOBr_xI_1-x(0x1)都具有更高的光催化性能和光热稳定性。

另外，根据半导体物理理论，在外电场作用下，半导体能带结构会发生倾斜，光吸收边出现红移现象，外加电场还可以有效地驱散聚集在表/界面的光生电子，进而抑制光生电子-空穴对的复合，提高光催化效率，产生“光电催化效应”。电气石具有特殊的晶体结构，在外界条件的影响下(温度、压力等)，内部结构中的正负电荷中心沿极性轴L³方向上发生不同的位移从而导致电气石晶体中的电矩增大，晶体表面的电性增强。电气石的这种自发极化电场效应是永久的，表现为电气石微粒周围存在静电场，这种自发电场的存在已为实验所证实。受此启发，结合电气石的自发极化电场，本发明利用天然电气石微粒原位复合片层状BiOX_xY_1-x(X,Y＝Cl,Br,I,X≠Y,0x1)抑制电子-空穴复合，调制表/界面光生电荷输运机制，以提高其可见光催化活性。