[发明专利]一种核壳结构的纳米花/纳米颗粒溴氧化铋/二氧化钛可见光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种微米核壳结构二氧化钛‑溴氧化铋可见光催化剂及其制备方法和应用。本发明采用离子液体‑水热两步法制得了纳米核壳结构的二氧化钛‑溴氧化铋，其溴氧化铋核直径250nm，钨酸铋壳厚30‑50nm。本发明应用离子液体‑水热两步法，以2‑甲氧基乙醇为溶剂，先用五水硝酸铋和1‑十六烷基‑3‑甲基咪唑‑溴化铵反应，生成纳米溴氧化铋微球。再加入硫酸钛和葡萄糖，在溴氧化铋微球表面负载上二氧化钛得到二氧化钛‑溴氧化铋沉淀，将沉淀物洗涤、干燥后得到纳米核壳结构的二氧化钛‑溴氧化铋可见光催化剂，可用于在可见光条件下降解有机污染物。本发明制备方法简单、操作容易，有利于生产实践的广泛应用。

技术领域

本发明属于纳米材料和可见光催化材料及其制备方法技术领域，具体涉及一种核壳结构的纳米花/纳米颗粒溴氧化铋/二氧化钛可见光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

半导体光催化材料广泛应用于环境污染治理和能源转换领域，如污染物降解、产氢、防腐蚀和染料敏化太阳能电池等。二氧化钛半导体本征的禁带宽度约为3.2eV，因此，激发电子从价带跃迁到导带的最大波长为387.5nm，即只能被紫外光激发，这极大影响了二氧化钛对太阳光的利用。

研究表明，将g-C₃N₄、ZnO、Fe₃O₄、Bi₂O₃、BiOI、AgBr、BiOCl等半导体与二氧化钛复合，可以降低其带隙，使这些复合材料能被可见光激发，达到增强其可见光催化性能的目的。纳米花/纳米颗粒核/壳复合结构有利于光催化材料的光吸收性能、载流子的迁移和光生电子-空穴对的分离，且溴氧化铋/二氧化钛异质结材料由于内部电场作用可更有效的提高二氧化钛光生载流子的迁移。因此，核/壳结构纳米花/纳米颗粒溴氧化铋/二氧化钛光催化材料成为新的研究热点。

发明内容

本发明旨在提供一种核壳结构的纳米花/纳米颗粒溴氧化铋/二氧化钛可见光催化剂及其制备方法和应用。本发明将离子液体-水热两步法应用于溴氧化铋/二氧化钛复合材料的制备，以控制其内部结构和形貌，从而改善二氧化钛的可见光催化性能。其制备设备简单、合成条件温和、操作简单、周期短，有利于实际生产。

本发明的技术方案是：

一种核壳结构的纳米花/纳米颗粒溴氧化铋/二氧化钛高效可见光催化剂，它是粉末状产品，其溴氧化铋(核)直径约250nm，二氧化钛(壳)直径30-50nm，应用离子液体-水热两步法制得。制备方法是以2-甲氧基乙醇为溶剂，先用五水硝酸铋和离子液体1-十六烷基-3-甲基咪唑-溴化铵([C₁₆Mim]Br)反应，生成溴氧化铋三维纳米花。再加入硫酸钛和葡萄糖，在溴氧化铋纳米花表面负载上二氧化钛纳米颗粒得到溴氧化铋/二氧化钛沉淀，将沉淀物洗涤、干燥后得到核壳结构的纳米花/纳米颗粒溴氧化铋/二氧化钛可见光催化剂。

本发明核壳结构的纳米花/纳米颗粒溴氧化铋/二氧化钛可见光催化剂的制备步骤如下：首先称取一定质量的五水硝酸铋，通过磁力搅拌充分溶解在2-甲氧基乙醇溶剂中，得到溶液A；称取一定质量的离子液体1-十六烷基-3-甲基咪唑-溴化铵([C₁₆Mim]Br)，通过磁力搅拌充分溶解在2-甲氧基乙醇溶剂中，得到溶液B；将溶液A滴入溶液B中，磁力搅拌均匀。将此混合液在120℃下反应12小时，得到淡黄色沉淀，将此沉淀用去离子水离心洗涤3次，冷冻干燥后得到淡黄色的溴氧化铋粉末；其次，将一定质量的硫酸钛、葡萄糖、所合成的溴氧化铋粉末和去离子水通过磁力搅拌充分混合，将其在180℃下反应12小时，得到黄白色沉淀物，将此沉淀物用去离子水离心洗涤3次，冷冻干燥后得到核壳结构的纳米花/纳米颗粒溴氧化铋/二氧化钛可见光催化剂，其溴氧化铋纳米花(核)直径约250nm，二氧化钛颗粒(壳)直径30-50nm。

本发明的技术方案中，在所述的二氧化钛(壳)制备步骤中，为控制二氧化钛颗粒(壳)的大小，硫酸钛和五水硝酸铋的摩尔比为4：1。