一种方形薄片状BiOCl微晶及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201611059180.6 | 申请日 | 2016-11-24 | 公开(公告)号 | CN106745240A | 公开(公告)日 | 2017-05-31 |
| 申请人 | 陕西科技大学; | 发明人 | 任慧君; 王琛; 谈国强; 赵程程; 许驰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种方形薄片状BiOCl微晶及其制备方法，先用蒸馏 水 溶解KCl，然后缓慢加入Bi(NO3)3·5H2O，在室温下搅拌反应，得到前驱液，再加水定容前驱液，最后使前驱液进行水热反应，反应完后将反应产物洗涤、干燥，即得到方形薄片状BiOCl微晶。本发明采用传统的水热法，制得了纯四方相的方形薄片状BiOCl，该方法反应时间短、流程少、操作工艺简单、反应条件温和、成本较低、对环境无污染。本发明制得的BiOCl微晶为四方相，空间结构群为P4/nmm(129)，其形貌呈四 角 圆形方片状，具有良好光催化反应潜 力 ，有利于实现其在光催化、光电转换等功能材料领域的应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种方形薄片状BiOCl微晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种方形薄片状BiOCl微晶及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于功能材料领域，涉及一种方形薄片状BiOCl微晶及其制备方法。 背景技术[0002] 铋元素位于第Ⅴ主族、第五周期，其常见的化合价是+3价。由于Bi3+极易极化变形，2 2 且电子结构外部的6s电子对不参与成键，因此6s电子对具有各向异性。铋系化合物具有离子导电、铁电、铁磁、超导、催化等性质，其中卤氧化铋具有独特的性质，如高的电导率、低能量带隙、高折射率和介电常数等，在功能材料领域具有广泛的应用，比如电子材料领域、电解质材料、高温超导材料以及光电转换材料等。 [0003] BiOCl是一种新型的光催化剂，它是卤氧化铋家族中组成最简单的一员，晶体是由[Bi2O2]和[Cl]结构单元组成，具有层状结构。这种层状结构有助于在光催化过程中光生载流子的转移，提高光催化剂的量子效率。正是由于BiOCl层状结构和合适的禁带宽度的，较好的光催化活性，使其成为一种非常有潜力的光催化材料。 [0004] 纳米材料的研究现状表明，纳米材料的性能与其形貌、晶相、尺寸、尺寸分布、暴露晶面以及合成方法紧密相关。目前，形貌各异的BiOCl相继被报道，而样品的微观形貌与其制备方法也密切相关，目前有溶剂热法、表面活性剂辅助超声法、化学气相沉积法、等离子体技术、电化学法、水热法等等。 发明内容[0006] 本发明的目的在于提供一种方形薄片状BiOCl微晶及其制备方法，该方法反应时间短，工艺流程简单，制得的BiOCl微晶呈方形薄片状，尺寸分布均匀，具有良好的应用前景。 [0007] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案为： [0008] 一种方形薄片状BiOCl微晶的制备方法，包括以下步骤： [0009] 步骤1，将KCl溶于去离子水中，搅拌均匀，得到KCl溶液； [0010] 步骤2，按Cl与Bi的摩尔比为(9～13):(8～11)，向KCl溶液中加入Bi(NO3)3·5H2O，搅拌均匀，产生白色沉淀，继续搅拌反应，得到前驱液； [0011] 步骤3，将前驱液倒入水热反应釜中，在175～185℃下水热反应4～12h，反应完后自然冷却至室温，将反应产物洗涤、干燥，得到方形薄片状BiOCl微晶。 [0012] 所述步骤1中KCl溶液的浓度为0.3～0.4mol/L。 [0013] 所述步骤2中搅拌反应的时间为30～60min。 [0014] 所述步骤3进行前，先向A mL前驱液中加入去离子水，使前驱液的体积定容为B mL，其中A:B＝(30～38):45。 [0015] 所述步骤3中将前驱液倒入水热反应釜中，水热反应釜的填充率为75～80％。 [0016] 所述步骤3中用无水乙醇和去离子水洗涤反应产物，再在70～80℃下干燥10～12h。 [0017] 所述的方形薄片状BiOCl微晶的制备方法制得的方形薄片状BiOCl微晶，该BiOCl微晶的晶型为四方相，沿(102)晶面取向生长，其空间结构群为P4/nmm(129)；该BiOCl微晶的形貌为圆角方片状，其长度为3.5～4.5um，宽度为2～3um，厚度为0.5～0.6um。 [0018] 相对于现有技术，本发明的有益效果为： [0019] 本发明提供的方形薄片状BiOCl微晶的制备方法，先用去离子水溶解KCl得到KCl溶液，然后向其中缓慢加入Bi(NO3)3·5H2O，在室温下搅拌反应，得到前驱液，最后使前驱液进行水热反应，反应完后将反应产物洗涤、干燥，即得到方形薄片状BiOCl微晶。本发明采用传统的水热法，制得了纯四方相的方形薄片状BiOCl微晶，该方法具有反应时间短、流程少、操作工艺简单、反应条件温和、成本较低、环境友好等优点，是一种简洁、绿色的BiOCl微晶的制备方法。 [0020] 本发明成功制备了方形薄片状BiOCl微晶，制得的BiOCl微晶其形貌呈四角圆形方片状，表面光滑，分散均匀，无团聚现象，且尺寸分布范围窄，有利于其在使用过程中和其他物质的均匀混合，使其性能能够统一发挥，达到其高效使用的目的。并且本发明制得的BiOCl微晶为纯相，结晶度高且发育良好，有利于实现其活性晶面的优势性能发挥。本发明制得的BiOCl微晶为四方相，空间结构群为P4/nmm(129)，具有良好光催化反应潜力，有利于实现其在光催化、光电转换等功能材料领域的应用。附图说明 [0021] 图1是本发明制备的方形薄片状BiOCl微晶的XRD衍射图谱； [0022] 图2是本发明制备的方形薄片状BiOCl微晶的SEM图。 具体实施方式[0023] 下面结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明做进一步描述，原料均为分析纯。 [0024] 实施例1： [0025] 步骤1，将9mmol KCl溶于30mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.3mol/L的KCl溶液； [0026] 步骤2，向步骤1配制的30mL KCl溶液中缓慢加入8mmol Bi(NO3)3·5H2O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应30min，得到前驱液； [0027] 步骤3，向步骤2得到的30mL前驱液中加入15mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL； [0028] 步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应6h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在70℃下干燥12h，得到方形薄片状BiOCl微晶。 [0029] 实施例2： [0030] 步骤1，将9.9mmol KCl溶于30mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.33mol/L的KCl溶液； [0031] 步骤2，向步骤1配制的30mL KCl溶液中缓慢加入9.3mmol Bi(NO3)3·5H2O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应35min，得到前驱液； [0032] 步骤3，向步骤2得到的30mL前驱液中加入15mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL； [0033] 步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应8h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在70℃下干燥10h，得到方形薄片状BiOCl微晶。 [0034] 实施例3： [0035] 步骤1，将11.9mmol KCl溶于35mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.34mol/L的KCl溶液； [0036] 步骤2，向步骤1配制的35mL KCl溶液中缓慢加入9.9mmol Bi(NO3)3·5H2O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应40min，得到前驱液； [0037] 步骤3，向步骤2得到的35mL前驱液中加入10mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL； [0038] 步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应12h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在75℃下干燥11h，得到方形薄片状BiOCl微晶。 [0039] 实施例4： [0040] 步骤1，将11.4mmol KCl溶于30mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.38mol/L的KCl溶液； [0041] 步骤2，向步骤1配制的30mL KCl溶液中缓慢加入8.9mmol Bi(NO3)3·5H2O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应50min，得到前驱液； [0042] 步骤3，向步骤2得到的30mL前驱液中加入15mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL； [0043] 步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应12h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在80℃下干燥12h，得到方形薄片状BiOCl微晶。 [0044] 实施例5 [0045] 步骤1，将13mmol KCl溶于37mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.35mol/L的KCl溶液； [0046] 步骤2，向步骤1配制的37mL KCl溶液中缓慢加入10.1mmol Bi(NO3)3·5H2O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应55min，得到前驱液； [0047] 步骤3，向步骤2得到的37mL前驱液中加入8mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL； [0048] 步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应8h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在80℃下干燥11.5h，得到方形薄片状BiOCl微晶。 [0049] 实施例6 [0050] 步骤1，将12.4mmol KCl溶于31mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.4mol/L的KCl溶液； [0051] 步骤2，向步骤1配制的31mL KCl溶液中缓慢加入10mmol Bi(NO3)3·5H2O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应60min，得到前驱液； [0052] 步骤3，向步骤2得到的31mL前驱液中加入14mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL； [0053] 步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为80％，在180℃下水热反应10h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在75℃下干燥12h，得到方形薄片状BiOCl微晶。 [0054] 实施例7 [0055] 步骤1，将12.2mmol KCl溶于38mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.32mol/L的KCl溶液； [0056] 步骤2，向步骤1配制的38mL KCl溶液中缓慢加入11mmol Bi(NO3)3·5H2O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应45min，得到前驱液； [0057] 步骤3，向步骤2得到的38mL前驱液中加入7mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL； [0058] 步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为75％，在175℃下水热反应11h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在78℃下干燥10.5h，得到方形薄片状BiOCl微晶。 [0059] 实施例8 [0060] 步骤1，将11.5mmol KCl溶于32mL去离子水中，搅拌均匀，得到浓度为0.36mol/L的KCl溶液； [0061] 步骤2，向步骤1配制的32mL KCl溶液中缓慢加入10.5mmol Bi(NO3)3·5H2O，搅拌均匀，溶液中会有白色沉淀产生，继续强力搅拌反应48min，得到前驱液； [0062] 步骤3，向步骤2得到的32mL前驱液中加入13mL去离子水，使前驱液的体积定容为45mL； [0063] 步骤4，将步骤3定容后的前驱液放入水热反应釜中，保证水热反应釜的填充率为78％，在185℃下水热反应4h。反应完后自然冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，直至洗涤后的上清液呈中性，再将洗涤后的反应产物在72℃下干燥11.5h，得到方形薄片状BiOCl微晶。 [0064] 图1是本发明制备的方形薄片状BiOCl微晶的XRD衍射图谱，从图中可以看出，制得的BiOCl微晶为纯四方相BiOCl(JCPDS NO.06-0249)，空间结构群为P4/nmm(129)，沿(102)晶面取向生长，且(101)、(002)、(110)、(111)、(003)、(112)、(200)、(201)、(110)、(211)、(104)、(212)、(114)、(005)、(220)等晶面的衍射峰明显，说明其结晶情况良好。 [0065] 图2是本发明制备的方形薄片状BiOCl微晶的SEM图，从图中可以看出，制得的BiOCl微晶形状规整，表面光滑、分散均匀、无团聚现象，且均为四角圆形方形薄片状。方片长约3.5～4.5um，宽约2～3um，厚度约为0.5～0.6um。 [0066] 本发明采用传统的水热法，制得了纯四方相的方形薄片状BiOCl微晶，该方法反应时间短、流程少、操作工艺简单、反应条件温和、成本较低、对环境无污染。本发明制得的方形薄片状BiOCl微晶的结晶度高且发育良好，并且尺寸分布范围窄，有利于实现其活性晶面的优势性能发挥，同时有利于其在使用过程中和其他物质的均匀混合，使其性能能够统一发挥，达到其高效使用的目的。本发明制得的方形薄片状BiOCl微晶具有良好光催化反应潜力，有利于实现其在光催化、光电转换等功能材料领域的应用。 |
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