[发明专利]BiOCl@Bi异质结的制备方法

说明书

本发明公开了一种BiOCl@Bi异质结的制备方法，先采用溶剂热法制备出BiOCl纳米薄片，然后采用酸性磷酸钠作为原位还原及重构剂，酸性磷酸钠通过原位还原将BiOCl纳米薄片还原为Bi纳米材料并在该反应条件下经过重构生成大片状的B材料，通过控制酸性磷酸钠与Bi原材料的比例，可以实现小的BiOCl纳米薄片嵌入在大片状Bi上的异质结复合材料。本发明中酸性磷酸钠不仅可以作为还原剂将BiOCl中的Bi³⁺原位还原为Bi，还可以作为重构剂重构Bi的结构形貌，得到长片状Bi。BiOCl@Bi异质结的组成可以通过改变酸性磷酸钠溶液的相对浓度实现。

技术领域

本发明涉及一种具有新颖结构的BiOCl@Bi异质结的制备方法及其应用。属于纳米材料的制备技术领域。

背景技术

BiOCl是一种一新型层状三元氧化物半导体，具有四方层状结构，近年来，BiOCl纳米材料在光学、电学、磁学和催化等方面具有较好的性能，引起了广泛的关注与研究。最近，很多研究表明，BiOCl在紫外光下光催化降解有机污染物表现出比TiO₂更好的性能。但是BiOCl较宽的禁带宽度，使其在光催化方面只能吸收紫外光，无法有效的利用太阳光；同时，由于电子空穴的复合速度较快限制了其应用。因此，如何提高电子-空穴对的分离对于BiOCl的光催化活性的提高至关重要。

设计金属-半导体体系是解决此类问题的一种有效的措施，因为金属具有奇特的电子、光学及磁学性质。将金属纳米颗粒如金、银引入到半导体材料中，可以在半导体表面形成肖特基势垒，金属作为电子捕获体可以捕获电子，因此可以促进电子在半导体与金属之间的转移，从而提高电子-空穴的分离效率。然而，由于贵金属的成本较高，一些具有相似性质的非贵金属纳米颗粒作为有效的替代物。其中金属性的Bi纳米颗粒由于成本低、无毒、传输性能及低的有效载流子质量，是一种理想的材料。到目前为止，仅有少数文献如J.Mater. Chem. A,2014, 2,1677， J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 3068，AppliedCatalysis B: Environmental 201 (2017) 495–502报道了Bi纳米颗粒沉积在片状BiOCl表面上用于提高BiOCl的光催化活性，且Bi纳米颗粒的沉积方式多为光还原或者硼氢化钠还原，容易比较复杂，BiOCl光催化活性的提高有限。因此，发展新的方法，制备具有不同形貌的BiOCl@Bi纳米异质结，对于发展Bi系材料具有较好的研究意义与研究价值。

发明内容

本发明提供了一种具有新颖结构的BiOCl@Bi异质结的制备方法，BiOCl纳米薄片嵌入到Bi片状结构上，较大的接触面积保证BiOCl产生的电子可以迅速转移到Bi上，且Bi片状结构较大的表面积保证了接受的电子可以快速参与反应。BiOCl与Bi之间结合紧密，电子传输速度快，实现电子-空穴的有效分离。

本发明的目的是针对目前BiOCl光催化材料只能利用紫外光且活性较低的问题，提供一种具有新型结构的BiOCl纳米薄片沉积在大片状的Bi上形成的BiOCl@Bi异质结的制备方法，并将其应用于自然光下降解多种有机染料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：该BiOCl@Bi异质结是由小的BiOCl纳米薄片嵌入在大的片状Bi上形成的异质结构，片状Bi的厚度为20~100nm，尺寸为1~3μm。BiOCl薄片的厚度为10~30nm，尺寸为100~200nm，BiOCl薄片与Bi紧密结合。

一种具有新颖结构的BiOCl@Bi异质结的制备采用的是溶剂热法，包含以下步骤：

（1）将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于乙二醇溶液中配置成浓度为0.1~0.2mol/L的醇溶液A；

（2）将配置好的浓度为0.1~0.2mol/L的无机氯盐溶液加入到溶液A中（优选条件中，Cl/Bi摩尔比为1:1），生成白色沉淀；