[发明专利]一种Tb掺杂花球状BiOCl负载ZnO光催化降解材料及制法

说明书

本发明涉及光催化降解材料技术领域，且公开了一种Tb掺杂花球状BiOCl负载ZnO光催化降解材料，水热法合成Tb掺杂花球状BiOCl，在螯合剂、表面活性剂作用下和Tb的掺杂下，合成了花球状BiOCl，水热法合成氧化锌纳米花，超饱和溶液在加热时产生大量ZnO晶核并聚集，合成了氧化锌纳米花，氧化锌和BiOCl能带匹配形成异质结结构，受到光辐射时，氧化锌和BiOCl产生电子和空穴，氧化锌和BiOCl之间有能极差，氧化锌的电子迁移到BiOCl的导带上，BiOCl的空穴迁移到氧化锌的价带上，空穴与水分子反应生成羟基自由基，也可以与有机污染物直接反应，电子与氧气发生反应生成超氧自由基和羟基自由基，将有机污染物氧化成二氧化碳和水，达到降解有机污染物的目的。

技术领域

本发明涉及光催化降解材料技术领域，具体为一种Tb掺杂花球状BiOCl负载ZnO光催化降解材料及制法。

背景技术

纳米氧化锌是一种重要的半导体材料，拥有着稳定性高、毒性小、吸收和散射紫外线等优异性能，因此在发光探测器、发光二极管和传感器等领域应用广泛，另外，氧化锌的电学性能和催化性能使其在太阳能电池和光催化降解材料等领域有着巨大的研究价值，美中不足的是传统的纳米氧化锌禁带宽度较宽且比表面积较小，并且氧化锌的光生电子和空穴容易复合，这些缺点加大了纳米氧化锌在光催化降解有机污染物领域的应用难度，因此需要对氧化锌进行形貌改进，加大其与甲基橙、罗丹明B等有机污染物的反应接触面积，加快降解速率，并将氧化锌与其他半导体材料进行复合，形成异质结型光催化降解材料，拓宽其光响应频段，进一步提高其光催化降解甲基橙、罗丹明B等有机污染物的效率。

BiOCl是一种新型环保材料，拥有着良好的无毒性，电学和稳定性，使得其在电子、涂料和电池等领域拥有较为广泛的研究，同时，BiOCl光催化活性优异，是一种p型半导体光催化剂，但是传统的BiOCl禁带宽度较宽，只吸收紫外光，对太阳光中主要的可见光不响应，而且光生电子和空穴激发困难也极易复合，较大程度限制了BiOCl的光催化降解甲基橙、罗丹明B等有机污染物的活性，通过对BiOCl进行杂原子掺杂，缩短BiOCl的禁带宽度，使得光生电子更容易被激发，提高了BiOCl的光催化活性，同时将BiOCl与二氧化钛、氧化锌等n型半导体材料进行复合，形成独特的p-n型异质结，拓宽了复合材料的光响应频段，提高其对可见光的吸收能力，从而有效地提高了复合材料的光催化降解甲基橙、罗丹明B等有机污染物的效率。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种Tb掺杂花球状BiOCl负载ZnO光催化降解材料及制法，解决了BiOCl光催化降解性能较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种Tb掺杂花球状BiOCl负载ZnO光催化降解材料，所述Tb掺杂花球状BiOCl负载ZnO光催化降解材料制备方法包括以下步骤：

(1)向反应器中加入去离子水、冰醋酸、硝酸铋、氯化钾、草酸钠和十六烷基三甲基溴化胺，搅拌反应40-60min，得到BiOCl前驱液；

(2)向上述前驱液中加入Tb(NO₃)₃，超声混合均匀后转移至反应釜中，并置于烘箱中反应，产物离心、洗涤并干燥，得到Tb掺杂花球状BiOCl；

(3)向反应器中加入离子水、Tb掺杂花球状BiOCl、氢氧化钠和氯化锌，在超声仪中分散均匀后，置于水浴锅中，在30-50℃下反应1-4h，产物离心、洗涤并干燥，得到氧化锌纳米花。

优选的，所述步骤(1)和(2)中的硝酸铋、氯化钾、草酸钠、十六烷基三甲基溴化胺和Tb(NO₃)₃的质量比为100:50-60:100-110:30-40:0.5-2。

优选的，所述步骤(2)中的在烘箱内反应的反应温度为150-200℃，反应时间为5-15h。