本發(fā)明提供一種片狀鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合材料的制備方法，屬于化學(xué)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在過去的幾年里，多相光催化半導(dǎo)體材料已成為一個(gè)令人興奮的和快速增長的研究領(lǐng)域。兩種半導(dǎo)體如果能帶結(jié)構(gòu)滿足一定關(guān)系，光生電子和空穴就會(huì)受到內(nèi)建電場或電勢差等因素的驅(qū)動(dòng)，分別轉(zhuǎn)移到不同的材料上，減小復(fù)合的可能性，提高光催化效率。復(fù)合光催化劑在光催化過程中能夠改善單一半導(dǎo)體光催化劑量子效率低、可見光利用率低等不足，在光催化領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)二維材料有利于光生電子-空穴對的快速定向傳輸，因此能夠延長光生載流子的壽命，提高光催化活性。

bi2o3和tio2復(fù)合可形成具有多種晶相結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物:bi4ti3o12，bi2ti2o7，bi2ti4o11，bi12tio20，bi20tio32等，通稱為鈦酸鉍化合物。鈦酸鉍化合物有著特殊的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，在它們的結(jié)構(gòu)中均存在tio6八面體或tio4四面體，而與之相連接的bion多面體中存在因擁有6s²孤對電子對而具有立體活性的bi³⁺離子，這就使得其具有很好的光催化活性。wang等(mater.lett.,2014,121(2),22)將硝酸鉍和鈦酸四丁脂溶解在二甲氧基乙醇和氫氧化鈉水溶液中，通過溶劑熱法在180℃下反應(yīng)20h，制備了bi4ti3o12納米片。zhang等(catal.commun.,2015,58(58),122)將硝酸鉍和鈦酸四丁酯溶解在dmf中，以pvp為表面活性劑，通過靜電紡絲法制得了bi4ti3o12納米纖維，再通過溶劑熱法160℃下反應(yīng)24小時(shí)，在其表面生長出氯氧化鉍納米片。hou等(nanoscale,2013,5(20),9764)將硝酸鉍和鈦酸四丁酯溶解在dmf中，以pvp為表面活性劑，通過靜電紡絲法得到一維bi4ti3o12，再將其分散到硝酸鉍和碘化鉀的水溶液中，水熱24小時(shí)，得到bi4ti3o12/bioi復(fù)合光催化劑。然而這些方法制得的光催化劑，步驟都比較復(fù)雜，耗時(shí)而且成本高，并且沒能得到片狀鈦酸鉍與片狀氯氧化鉍復(fù)合的催化劑。所以開發(fā)操作簡單，成本低廉，適用于大規(guī)模生產(chǎn)的方法，已經(jīng)成為片狀鈦酸鉍氯氧鉍光催化劑生產(chǎn)者們所追求的主要目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的操作步驟復(fù)雜、耗時(shí)、成本高，并且沒有片狀催化劑的技術(shù)缺陷，提供一種制備具有良好光催化活性的片狀鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合光催化劑及其方法。

本發(fā)明首先提供一種片狀鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合材料，所述材料具有片片相結(jié)合的二維結(jié)構(gòu)，各組分均勻，結(jié)構(gòu)緊密。

本發(fā)明還提供一種片狀鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合材料的制備方法，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

（1）稱取一定量的氧化鉍，p25（鈦白粉），氯化鈉，氯化鉀于研缽中，研磨均勻。將研磨后的粉末轉(zhuǎn)移到石英舟中，于管式爐中煅燒，制得片狀鈦酸鉍（bi4ti3o12）；

（2）取步驟（1）的鈦酸鉍粉末于燒杯中，加入適量稀鹽酸，攪拌4h。過濾水洗烘干，得到鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合光催化劑。

步驟（1）中，所述氧化鉍、p25、氯化鈉和氯化鉀的摩爾比為2：3：(30-50)：(30-50)。

步驟（1）中，煅燒溫度為600~800℃，煅燒時(shí)間為0.5~2h。

步驟（2）中加入的稀鹽酸濃度為1~4mol/l。

步驟（2）中攪拌時(shí)間為1~4h。

上述方法制備的復(fù)合材料作為光催化劑的應(yīng)用，可對染料進(jìn)行光催化降解。

本發(fā)明所制得的片狀鈦酸鉍為鈣鈦礦型，晶化完全，形貌規(guī)則，分散性好。表面生長的氯氧鉍為納米薄片狀，晶相良好。

利用x射線衍射儀（xrd）、掃描電子顯微鏡（sem）、全自動(dòng)物理化學(xué)吸附分析儀(bet)等溫吸附模式測比表面積對產(chǎn)物進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)分析，以羅丹明b溶液為目標(biāo)染料進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，通過紫外-可見分光光度計(jì)測量吸光度，以評估其光催化活性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本方法通過離子交換法制備鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合光催化劑，與傳統(tǒng)水熱法相比，可在常溫下進(jìn)行，通過機(jī)械攪拌即可實(shí)現(xiàn)，并且不需要額外再添加原材料，反應(yīng)能耗低，條件易控制、工藝和流程簡便。

（2）用此方法制備的鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合光催化劑，具備典型的二維片片結(jié)合的結(jié)構(gòu)，形貌規(guī)則，這種結(jié)構(gòu)能夠降低空穴電子復(fù)合率，進(jìn)而提高光催化效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所制備鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合光催化劑的xrd衍射譜圖，圖中衍射峰為鈣鈦礦鈦酸鉍和氯氧鉍特征衍射峰。

圖2為本發(fā)明所制備鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合光催化劑的掃描電鏡照片（a）與mapping圖片（b、c、d）。

圖3為本發(fā)明制備的鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合光催化劑、鈦酸鉍和氯氧鉍光催化降解羅丹明b溶液的時(shí)間-降解率關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

分別取0.34g氧化鉍、0.087g二氧化鈦、1.359g氯化鉀和1.067g氯化鈉于研缽中，他們的摩爾比分別為2：3：50：50，研磨均勻。將研磨后的粉末轉(zhuǎn)移到石英舟中，800℃下煅燒2h，制得片狀鈦酸鉍。再取上述制得的鈦酸鉍粉末于燒杯中，加入1mol/l的稀鹽酸，攪拌4h。過濾水洗烘干，得到鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合光催化劑。

圖1為制得的材料的xrd衍射譜圖，圖中各個(gè)位置的峰都屬于鈦酸鉍或者氯氧鉍，對比標(biāo)準(zhǔn)jcpds卡片(21-1272,82-0485)，可以確定制備的為結(jié)晶性良好的鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合粉體材料；圖2為掃描和mapping照片，從掃描圖中可以看到在鈦酸鉍納米片表面出現(xiàn)了一些較小的氯氧鉍薄片，從而形成了片片相結(jié)合的二維結(jié)構(gòu)。從mapping圖中可以清晰的bi，cl，ti元素的存在，并且這些點(diǎn)形成的形狀和掃描圖片一致，說明形成的復(fù)合光催化劑組分均勻，結(jié)構(gòu)緊密。

實(shí)施例2：

分別取0.34g氧化鉍、0.087g二氧化鈦、0.815g氯化鉀和0.640g氯化鈉于研缽中，他們的摩爾比分別為2：3：30：30，研磨均勻。將研磨后的粉末轉(zhuǎn)移到石英舟中，600℃下煅燒0.5h，制得鈦酸鉍。再取上述制得的鈦酸鉍粉末于燒杯中，加入4mol/l的稀鹽酸，攪拌1h,過濾水洗烘干。

實(shí)施例3：

分別取0.34g氧化鉍、0.087g二氧化鈦、1.087g氯化鉀和0.853g氯化鈉于研缽中，他們的摩爾比分別為2：3：40：40，研磨均勻。將研磨后的粉末轉(zhuǎn)移到石英舟中，700℃下煅燒1h，制得鈦酸鉍。再取上述制得的鈦酸鉍粉末于燒杯中，加入2mol/l的稀鹽酸，攪拌2h,過濾水洗烘干。

實(shí)施例4：

分別取0.34g氧化鉍、0.087g二氧化鈦、1.359g氯化鉀和1.067g氯化鈉于研缽中，他們的摩爾比分別為2：3：50：50，研磨均勻。將研磨后的粉末轉(zhuǎn)移到石英舟中，800℃下煅燒0.5h，制得鈦酸鉍。再取上述制得的鈦酸鉍粉末于燒杯中，加入3mol/l的稀鹽酸，攪拌3h,過濾水洗烘干。

實(shí)施例5：

（1）配制濃度為10mg/l的羅丹明b溶液，將配好的溶液置于暗處。

（2）分別稱取0.1g鈦酸鉍，氯氧鉍和鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合光催化劑，置于光反應(yīng)器中，分別加入100ml步驟（1）所配好的羅丹明b溶液，磁力攪拌30min，鼓泡，暗反應(yīng)1h,待催化劑分散均勻后，打開水源，光源，進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)。

（3）每30min取樣一次，取樣量為5ml，用多管架自動(dòng)平衡離心機(jī)離心3min,使催化劑完全沉淀，離心后用于紫外-可見吸光度的測量。

（4）由圖3可見所制備的鈦酸鉍氯氧鉍復(fù)合光催化劑具有優(yōu)異的光催化活性，反應(yīng)30min，對染料的降解率已達(dá)到50%，光照120min降解率接近100%，其性能優(yōu)于單一的鈦酸鉍和氯氧鉍納米片。