[发明专利]一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法和应用

说明书

本发明属于发光和光催化材料技术领域，特别涉及一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法和应用。所述的制备方法包括如下步骤：将铋源、稀土离子源和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，搅拌混匀后加入含有氯源的水溶液，得到混合溶液进行水热(溶剂热)反应，反应完毕，降温，离心、干燥，退火，得Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料。本发明通过表面活性剂改性，使氯氧化铋纳米片厚度变薄，尺寸变小，分散性提高；通过退火使其析出金属Bi单质；通过稀土离子掺杂，使其在提高光催化性能的同时和具有发光性能，可以广泛应用于光催化、发光材料等领域，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明属于发光和光催化材料技术领域，特别涉及一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法和应用。

背景技术

半导体光催化是一种清洁能源的高效利用技术，在光催化降解污染物、CO₂还原、水解制氢等方面具有广阔的应用前景，被认为是解决当前能源短缺和环境污染问题的有效手段之一。BiOCl是一种由V-VI-VII元素构成的层状半导体，在光学、电学、磁学和光催化等方面具有较好的性能，从而引起了广泛的关注与研究。但由于光谱响应范围窄、光生电子-空穴对易复合，使其光催化效率受到限制。因此，开发具有高光生载流子分离效率、宽光谱响应、低成本的BiOCl基复合材料仍然是巨大的兴趣和挑战。

近年来，稀土离子掺杂已成为改善半导体材料光催化性能的有效方式之一。研究表明，掺杂稀土离子能够提供光生电子的浅势捕获陷阱，并提高电子分离及载流子转移效率，可降低电子-空穴对的复合几率。然而，光响应范围窄仍然是制约其光催化效率的关键因素之一。

将具有表面等离子体共振效应(surface plasmon resonance,SPR)效应的贵金属(例如Au、Ag和Pt等)与半导体耦合构建异质结是同时拓展光响应范围和提高电荷分离效率的一种有效手段，但其昂贵的成本极大地限制了其实际应用。最近，研究发现金属铋(Bi)也表现出类似贵金属的SPR效应，有望成为贵金属表面等离子体的替代品。到目前为止，仅有少数文献如Applied Catalysis B:Environmental 225(2018)218–227，JournalofMaterials Chemistry A,2017,5,4894-4903，Journal ofAlloys and Compounds 836(2020)155380报道了Bi金属纳米颗粒用于提高BiOCl的光催化活性，且Bi纳米颗粒的析出方式多为硼氢化钠还原，导致BiOCl光催化活性的提高有限。此外，利用Bi的SPR效应改性稀土离子发光性能的研究还未见报道。因此，发展新的方法，制备Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋复合材料，对于发展Bi系材料及其应用具有较好的研究意义与研究价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料及其制备方法和应用。本发明通过表面活性剂改性，使氯氧化铋纳米片厚度变薄，尺寸变小，分散性提高；通过退火使其析出金属Bi单质；通过稀土离子掺杂，使其在提高光催化性能的同时和具有发光性能，可以广泛应用于光催化、发光材料等领域，具有很高的实用价值。

本发明所述的一种原位析出Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将铋源、稀土离子源和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，搅拌混匀后加入含有氯源的水溶液，得到混合溶液进行水热(溶剂热)反应，反应完毕，降温，离心、干燥，退火，得Bi等离子体修饰的稀土掺杂氯氧化铋多功能复合材料。

所述的聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为30000～130000；所述的聚乙烯吡咯烷酮与铋源的质量比为0.1～2:1。

所述的铋源的质量与乙二醇体积比为0.1～3g:20～50mL。

所述的铋源为五水硝酸铋或碳酸铋或磷酸铋或硫酸铋或三氧化二铋；