[发明专利]一种花球状溴氧化铋包覆氧化锌纳米棒可见光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种花球状溴氧化铋包覆氧化锌纳米棒复合可见光催化剂的制备方法和应用，本发明将沉淀－离子液法应用于溴氧化铋/氧化锌复合可见光催化剂的制备，先以二水醋酸锌为原料，以乙二醇/水混合溶液为溶剂，甲酰胺为络合剂，通过沉淀法合成六棱柱状的氧化锌纳米棒，其棱长为100－200nm，柱长为0.7－1μm；再采用离子液法将花球状溴氧化铋包覆到氧化锌纳米棒上，将复合物经离心洗涤、干燥后得到可见光催化性能优良的粉末状溴氧化铋/氧化锌复合可见光催化剂，可用于可见光催化降解染料罗丹明B。本发明制备方法简单、成本低、操作容易，有利于生产实践的广泛应用。

技术领域

本发明属于纳米可见光催化材料及其制备方法技术领域，具体涉及一种新型花球状溴氧化铋包覆氧化锌纳米棒可见光催化剂的制备方法及应用。

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，如污染物处理、抗菌、分解水、染料敏化太阳电池和去除二氧化碳等。溴氧化铋(BiOBr)由于具有较合适的带隙(E_g≈2.8eV)、无毒和较好的化学稳定性等优点，是一种极具开发潜力的可见光催化材料。

研究证明，将BiOBr与TiO₂、C₃N₄、Bi₂S₃、ZnFe₂O₄、Bi₂O₃、BiOI、AgBr、Bi₂MoO₆、BiOCl等半导体复合，可有效提高溴氧化铋的可见光催化性能。光催化剂的活性与其颗粒大小、形貌和内部结构密切相关。将纳米结构的溴氧化铋与氧化锌复合，可更有效地提高溴氧化铋的光吸收性能和光生电子－空穴的分离效率。因此，纳米结构溴氧化铋/氧化锌复合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花球状溴氧化铋包覆氧化锌纳米棒复合可见光催化剂的制备方法及应用。本发明采用沉淀-离子液法制备溴氧化铋/氧化锌复合材料，通过复合氧化锌并控制其内部结构和形貌，改善溴氧化铋的可见光催化性能。该方法合成工艺简单、制备条件温和、操作简单、成本低、周期短，有利于实际生产。

本发明的技术方案是：

一种花球状溴氧化铋包覆氧化锌纳米棒复合可见光催化剂，它是粉末状的溴氧化铋/氧化锌复合材料，氧化锌为六棱柱状纳米棒，其棱长为100－200nm，柱长为0.7－1μm，花球状溴氧化铋包覆在氧化锌表面。该光催化剂通过沉淀-离子液法制得，先将二水醋酸锌溶解到乙二醇/水混合溶剂中，加入甲酰胺络合剂，用氨水调节溶液的pH值，加热后生成氧化锌沉淀；再以乙二醇甲醚为溶剂，加入一定量的十六烷基三甲基咪唑溴盐和五水硝酸铋及上述所合成的氧化锌纳米棒，在一定温度下反应，得到的沉淀物经洗涤、干燥后即得溴氧化铋/氧化锌复合可见光催化剂。

本发明花球状溴氧化铋包覆氧化锌纳米棒复合可见光催化剂的制备方法，制备步骤如下：首先，称取一定质量的五水醋酸锌，通过磁力搅拌充分溶解到乙二醇/水混合溶剂中，加入甲酰胺络合剂，搅拌均匀后滴入氨水调节溶液pH值为10，溶液先出现白色沉淀，后变为无色透明的氢氧化四氨合锌溶液。将此溶液在一定温度下加热30分钟，得到白色氧化锌沉淀，将其分别用无水乙醇和去离子水离心洗涤3次，于60℃烘干后放到马弗炉中于450℃煅烧30分钟，得到六方纤锌矿结构的六棱柱状氧化锌纳米棒，其棱长为100－200nm，柱长为0.7－1μm；其次，称取一定质量的五水硝酸铋和上述制得的氧化锌分散到乙二醇甲醚溶剂中，得到混合液A，称取一定质量的十六烷基三甲基咪唑溴盐溶解到乙二醇甲醚溶剂中，得到溶液B；将溶液B缓慢滴入混合液A中，磁力搅拌均匀后将其转移到100mL的反应釜内，于120℃反应12小时，得到淡黄色沉淀，将沉淀物分别用无水乙醇和去离子水离心洗涤3次，于60℃烘干，得到溴氧化铋/氧化锌复合可见光催化剂。

在本发明技术方案中所述的氧化锌制备步骤中，为有效控制氧化锌的形貌和粒径，乙二醇在乙二醇/水混合溶剂中的体积比为0.05。