专利摘要

本发明涉及一种高光催化活性碘酸氧铋晶体的制备方法，将硝酸铋加入去离子水配成溶液，将碘酸钾加入上述溶液中搅拌，然后转移到带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在150-160℃下反应5-12h，自然冷却后，抽滤分离、洗涤、干燥得产物。本发明制得的晶体由很薄的纳米片组成，具有层状结构和内在的极化场，具有较高的光生电子和空穴分离能力，具有优异的光催化活性，能有效地降解有机污染物。

权利要求

1.一种高光催化活性碘酸氧铋晶体的制备方法，其特征是，包括步骤如下：

（1）将硝酸铋加入去离子水配成浓度范围为0.010-0.015mol/L的溶液，搅拌；

（2）将碘酸钾加入上述溶液中，碘酸钾与硝酸铋的质量比0.3-0.5:1，搅拌8-10min；

（3）将上述混合溶液转移到带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在150-160℃下反应5-12h，自然冷却后，抽滤分离、洗涤、干燥得产物。

2.根据权利要求1所述的一种高光催化活性碘酸氧铋晶体的制备方法，其特征是，步骤（2）碘酸钾与硝酸铋的质量比选0.4-0.5:1。

3.根据权利要求1所述的一种高光催化活性碘酸氧铋晶体的制备方法，其特征是，步骤（3）所述的反应选150℃下反应5小时。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高光催化活性碘酸氧铋晶体的制备，特别涉及一种内建电场促进光生载流子分离碘酸氧铋晶体的制备方法，可用于可见光降解有机污染物的环保技术领域。

背景技术

半导体光催化剂在新能源的开发和有机污染物的治理等领域发挥着重要的作用，光催化技术也越来越得到人们的重视。光催化材料可以吸收太阳能，将太阳能转化成化学能，来降解有机物，还原二氧化碳以及分解水产氢。然而，光催化技术的实际应用仍然受到量子产率的限制，光照产生的电子和空穴迅速复合，导致了较低的量子效率，这也是目前制约光催化发展的重要因素。碘酸氧铋是一种非线性光学材料，其独特的层状结构和规则排列的碘酸根基团使其具有很强的极化场。在电场中，电子和空穴是向着相反的方向移动的。碘酸氧铋的层状结构和极化场可以促进光生载流子的分离，提高量子效率，首次被应用在光催化领域，具有优异的光催化性质，具有重要的实际应用意义。

提高量子效率是近几年光催化领域里的一个研究热点。异质结复合材料以及贵金属等离子体效应可以提高载流子分离效率，因而受到了广泛的研究。但是复合材料制备复杂，稳定性差，贵金属成本较高，限制了其在实际中的应用。因此，用简单低成本的实验方法合成出具有极化场的碘酸氧铋晶体有重要的实际应用意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种高光催化活性碘酸氧铋晶体的制备方法，该方法可制备具有优异的光催化活性的晶体。

本发明采取的技术方案为：

一种高光催化活性碘酸氧铋晶体的制备方法，包括步骤如下：

（1）将硝酸铋加入去离子水配成浓度范围为0.010-0.015mol/L的溶液，搅拌；

（2）将碘酸钾加入上述溶液中，碘酸钾与硝酸铋的质量比0.3-0.5:1，搅拌8-10min；

（3）将上述混合溶液转移到带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在150-160℃下反应5-12h，自然冷却后，抽滤分离、洗涤、干燥得产物。

上述制备方法中步骤（2）碘酸钾与硝酸铋的质量比优选0.4-0.5:1，步骤（3）所述的反应优选150℃下反应5小时。

本发明制得的晶体由很薄的纳米片组成，具有层状结构和内在的极化场，具有较高的光生电子和空穴分离能力，具有优异的光催化活性，能有效地降解有机污染物。

对本发明提出的光催化活性的测试可用如下的方法进行：

光催化测试在玻璃烧杯中（横断面30cm²，高5cm）常温常压下进行。光源选用300W氙灯。用甲基橙来评价样品的光催化活性。称取0.1g样品分散在100mL甲基橙溶液中(20mg/L)。光催化反应测试前，避光磁力搅拌30min使甲基橙在催化剂表面达到吸附平衡，开始光照后每隔3min取样5mL，离心分离，取上清液用紫外可见分光光度计测量吸光度。作为对比，P25、碳酸氧铋、铋氧氯、铋氧溴、铋氧碘在同等实验条件下进行了光催化活性测试。

经光催化测试，碘酸氧铋晶体可在12min将甲基橙降解完，P25在12min将甲基橙降解31%，碳酸氧铋在12min将甲基橙降解2%，铋氧氯在12min将甲基橙降解10%，铋氧溴在12min将甲基橙降解15%，铋氧碘在12min将甲基橙降解16%。可见碘酸氧铋晶体在光催化应用上与其他层状非极性化合物相比具有较高的活性。

本发明的碘酸氧铋晶体及其光催化活性有以下优点：

（1）合成方法和实验步骤简单，制备产率高，可大量制备；

（2）碘酸氧铋晶体独特的层状结构使碘酸根层有序排列，形成较强的极化场；

（3）碘酸氧铋晶体内在的极化场使光生电子和空穴向相反方向移动，抑制了载流子的复合，提高了光催化效率；

（4）与P25及其他层状非极性化合物相比，碘酸氧铋具有较高的光催化活性。

附图说明

图1为本发明实施例1产物的X射线图；

图2为本发明实施例1产物的TEM图；

图3为本发明实施例1产物的光催化降解图；

图4为本发明实施例1产物的光催化降解机理图；

图5为本发明实施例2产物的X射线图；

图6为本发明实施例2产物的SEM图。

具体实施方式：

实施例1

量取80mL去离子水加入到烧杯中，称取0.485g五水硝酸铋加入到上述溶液，不断搅拌使硝酸铋充分地分散到水中，水解生成硝酸氧铋，形成均匀的悬浊液，随后将0.214g碘酸钾加入上述溶液中，不断搅拌形成均匀的乳白色溶液。将混合物放入容积为100mL带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在150℃反应5小时，自然冷却至室温，用抽滤方法分离样品，并用去离子水和五水乙醇分别清洗样品3次，干燥，得到产物碘酸氧铋晶体。

附图1（黑）为本实施例所得产物的X射线衍射图，由图可知，该产物各衍射峰均为正交相的碘酸氧铋，无杂峰且衍射峰较强，说明产物为纯的正交相碘酸氧铋。降解甲基橙后的X射线衍射图（红）并无变化，表明碘酸氧铋具有良好的稳定性。附图2为本实施例所得产物的TEM图（a），由图可知晶体由纳米片组成，颗粒的尺寸在300-500纳米左右。从HRTEM图（b）可以看出晶格间距为0.324nm，与碘酸氧铋晶体的（121）晶面相匹配。附图3为本实施例所得产物光催化降解甲基橙以及与P25光催化活性对比图。由图可知碘酸氧铋晶体可在12min将甲基橙降解完，P25在12min将甲基橙降解31%，碘酸氧铋的光催化活性比P25要高得多。附图4为本实施例所得产物的光催化降解机理图，由图可知，内在的极化场促进了光生电子和空穴的分离，光氧化反应发生在表面的IO₃层上，而光还原则发生在Bi₂O₄层暴露的纳米片的边缘。

以上的检测和分析综合地证明了本实施例得到的产物是正交相的碘酸氧铋纳米片晶体。采用本发明方法制备的碘酸氧铋晶体具有高效的光催化活性，内在的极化场可以有效地促进光生载流子的分离，在光催化降解有机污染物领域得到了有效地应用。

实施例2

量取80mL去离子水加入到烧杯中，称取0.485g五水硝酸铋加入到上述溶液，不断搅拌使硝酸铋充分地分散到水中，水解生成硝酸氧铋，形成均匀的悬浊液，随后将0.214g碘酸钾加入上述溶液中，不断搅拌形成均匀的乳白色溶液。将混合物放入容积为100mL带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在160℃反应5小时，自然冷却至室温，用抽滤方法分离样品，并用去离子水和五水乙醇分别清洗样品3次，干燥。

附图5为本实施例所得产物的X射线衍射图，由图知，该产物为纯相的立方相碘酸氧铋晶体。附图6为本实施例所得产物的SEM图，由图可以看出，碘酸氧铋晶体的尺寸达到1微米左右。温度的升高使产物的结晶性增强，尺寸增大。

实施例3

量取80mL去离子水加入到烧杯中，称取0.485g五水硝酸铋加入到上述溶液，不断搅拌使硝酸铋充分地分散到水中，水解生成硝酸氧铋，形成均匀的悬浊液，随后将0.214g碘酸钾加入上述溶液中，不断搅拌形成均匀的乳白色溶液。将混合物放入容积为100mL带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在150℃反应12小时，自然冷却至室温，用抽滤方法分离样品，并用去离子水和五水乙醇分别清洗样品3次，干燥。

一种高光催化活性碘酸氧铋晶体的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。