一种Sillen-Aurivillius层状结构材料Bi4SbO8Cl及合成方法

一种sillen-aurivillius层状结构材料bi4sbo8cl及合成方法
技术领域
1.本发明涉及一种层状结构窄带隙半导体材料，属于纳米材料的制备领域。


背景技术：

2.sillen-aurivillius层状结构材料是一类复合氧化铋的层状材料，由—bi2o2—层和—mo
x
—类钙钛矿层叠加而成（其中m为其它金属元素），具有优异的光电性能，应用领域广泛，具有显著的经济和社会效益。目前已成功合成的sillen-aurivillius层状结构材料有bi4nbo8cl、bi4tao8cl等，其中—mo
x
—类钙钛矿层中m元素包括nb、ta、v、w、pb等，但这些材料主要存在禁带宽度较宽，电子空穴复合率高，导带位置不满足满足h2/h
+
还原电位要求，或者m元素昂贵等问题，亟待解决。


技术实现要素：

3.本发明目的在于克服以上技术问题的不足，提出了一种sillen-aurivillius层状结构材料bi4sbo8cl及其合成方法。
4.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种sillen-aurivillius层状结构材料bi4sbo8cl，其微观结构为—cl—bi2o2—sbo4—bi2o2—cl—，能够吸收波长小于500 nm的可见光和紫外光，且导带位置满足h2/h
+
电位要求。
5.本发明还提出了一种sillen-aurivillius层状结构材料bi4sbo8cl的合成方法，包括以下步骤：（1）将sb2o4以及含有bi和cl的氧化物或其盐类进行研磨，所得混合物进行高温固相反应；（2）将步骤（1）所得反应物继续研磨一段时间，再次进行高温固相反应。
6.较佳的，步骤（1）中，sb2o4采用高温固相法制备，其步骤为：将sb2o5研磨一段时间，然后进行高温固相反应得到sb2o4。
7.具体的，研磨5min～30min。
8.具体的，高温固相反应条件为：煅烧温度为700～1000
º
c，反应时间为1h～6h，升温速率为3～7
ꢀº
c/min。
9.较佳的，步骤（1）中，sb2o4采用水热法制备，其步骤为：将sbcl3和尿素溶解在水里，调节ph至10，水热反应一段时间得到sb2o4。
10.具体的，sbcl3和尿素的摩尔比为1:1。
11.具体的，水热反应温度为150 ℃，水热反应时间为18h。
12.较佳的，步骤（1）中，研磨5min～30min。
13.较佳的，步骤（1）中，bi和cl的氧化物或其盐类，包括bi2o3，nh4cl，biocl和bicl3。
14.较佳的，步骤（1）中，高温固相反应条件为：煅烧温度为700～900
º
c，反应时间为1h～20h，升温速率为3～7
ꢀº
c/min。
15.较佳的，步骤（2）中，研磨5min～30min。
16.较佳的，步骤（2）中，高温固相反应条件为：煅烧温度800～1000
º
c，反应时间为1h～20h，升温速率为3～7
ꢀº
c/min。
17.较佳的，步骤（2）中，再次进行高温固相反应1～3次。
18.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明所提供的sillen-aurivillius层状结构材料bi4sbo8cl的微观结构为—cl—bi2o2—sbo4—bi2o2—cl—，可以吸收波长小于500 nm的可见光和紫外光，且导带位置满足h2/h
+
电位要求。该材料可应用于染料、二氧化碳还原、分解水制氢、固氮等领域。
附图说明
19.图1 为本发明bi4sbo8cl微观结构图。
20.图2 为本发明所制备的sb2o4的x射线衍射图。
21.图3 为本发明所制备的bi4sbo8cl的x射线衍射图。
22.图4 为本发明所制备的bi4sbo8cl的紫外可见光吸收谱图。
23.图5 为本发明所制备的bi4sbo8cl的分解水制氢性能图。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述。
25.本发明的创新点体现在于：1）在能带结构上，利用sb取代nb，bi4sbo8cl导带位置满足了h2/h
+
还原电位要求。2）在合成方面，sb源必须使用sb2o4，如sb2o5经过950℃，4h的高温固相反应或者将sbcl
3 在碱性条件下150 ℃水热反应18h转变为sb2o4之后，才能进一步与含bi、cl化合物混合反应制得sillen-aurivillius层状结构材料bi4sbo8cl。
26.实施例1通过高温固相合成sb2o4进而制备光催化剂bi4sbo8cl的过程如下：（1）称取2 g的sb2o5研磨10 min，然后经过950℃，4h的高温固相反应得到sb2o4，x射线衍射图见图2。
27.（2）将sb2o4（0.312 g）与bi2o3（0.932 g）、nh4cl（0.108 g）量取研磨10 min，在马弗炉经过800 ℃，6 h高温固相反应。
28.（3）将得混合物再次经过10 min研磨，然后在马弗炉经过850℃，6h的高温固相反应得到最终产物bi4sbo8cl，其微观结构图见图1，x射线衍射图见图3。所得bi4sbo8cl的紫外可见光吸收谱见附图4，光催化分解水制氢性能见图5。
29.实施例2通过水热法合成sb2o4进而制备光催化剂bi4sbo8cl的过程如下：（1）称取0.005 mol的sbcl3和0.005 mol的尿素溶解在50 ml水里，用氨水调节ph至10，将混合溶液移至反应釜里，反应温度150 ℃，反应时间18h，待反应结束，用去离子水洗涤离心烘干，得到sb2o4，x射线衍射图见图2。
30.（2）将sb2o4（0.312 g）与bi2o3（1.864 g）、nh4cl（0.108 g）量取研磨10 min，在马弗炉经过800 ℃，6 h高温固相反应。
31.（3）将得混合物再次经过10 min研磨，然后在马弗炉经过850℃，6h的高温固相反
应得到最终产物bi4sbo8cl，其x射线衍射图见图3，光催化分解水制氢性能见图5。从图5可知，实施例1制备的bi4sbo8cl光催化分解水制氢性能比实施例2的高十几倍，可能是用两种方法合成出来的sb2o4微观特性（颗粒尺寸，表面缺陷等）有区别，导致最终合成的bi4sbo8cl的微观特性有所不同。
32.对比例1sb2o5未经高温煅烧直接与含bi、cl化合物混合反应。
33.（1）将sb2o5（0.167 g）与bi2o3（0.932 g）、nh4cl（0.054 g）量取研磨10 min，在马弗炉经过800 ℃，6 h高温固相反应。
34.（2）将得混合物再次经过10 min研磨，然后在马弗炉经过850℃，6h的高温固相反应，所得产物主要成分是bisbo4，其x射线衍射图见图3，与实施例1和2对比可知，sb2o5未经高温煅烧直接与含bi、cl化合物混合反应未能得到sillen-aurivillius层状结构材料bi4sbo8cl。与实施例1和2相同的光催化分解水制氢测试条件下，未检测到氢气的生成。