一种碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂及其制备方法与流程

本发明属于复合材料光催化技术领域，具体涉及一种碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂及其制备方法。

背景技术：

能源危机和环境污染是当今社会可持续发展道路上面临的两个重要问题。采用一种成本低廉、效率高的方法解决这两个问题具有深远的实际意义。光催化技术，是一种借助于半导体材料，把源源不断的太阳能作为动力源，一方面可把太阳能转化为氢能等清洁能源，另一方面，可把有机污染物分解为水和二氧化碳等小分子，且无二次污染。因此，光催化技术受到了众多科研工作者的青睐。

碘氧化铋是一种具有层状结构的p型半导体，其带隙相对较小，约为1.65ev，对可见光具有较好的吸收，对太阳光的响应能力较好，因而，碘氧化铋基光催化剂在污染治理方面具有较好的应用前景。纳米金刚石作为一种新颖的碳纳米材料，因具有较大的比表面积、成本低、可量产、环境友好等特性，在光催化领域受到了越来越多的关注。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂及其制备方法，本发明合成的复合光催化剂具有光稳定性好、光生载流子利用率高。复合光催化剂增强了碘氧化铋的光催化活性，解决了碘氧化铋光生载流子易复合的问题，该合成方法简单易行，成本低廉，有利于大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将纳米金刚石提纯分散后加入到烧杯中，然后加入乙二醇，bi(no3)3•5h2o，ki和去离子水，得到的混合溶液转入到高压反应釜中，加热，冷却，离心，提纯，干燥，得碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂。

进一步，所述bi(no3)3•5h2o与ki反应生成碘氧化铋。

进一步，所述纳米金刚石与碘氧化铋的质量百分比为8%-32%，优选16%。

进一步，所述bi(no3)3•5h2o与ki的摩尔比为1:1。

进一步，所述乙二醇和去离子水的体积比为1:1。

进一步，所述加热温度为160-200℃，保温10-16h，优选为180℃，保温。

进一步，所述干燥是在60-80℃干燥箱中，优选60℃保温12小时。

利用本发明所述的制备方法制得的碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂。

本发明的有益效果：纳米金刚石是一种宽禁带（光学带隙<3.5ev，可由表面缺陷调节）n型半导体，对可见光的响应较弱。纳米金刚石与碘氧化铋结合后，可促进光生载流子的分离，提高光子利用率，从而显著提高其光催化活性。将这两种不同类型的半导体结合构筑一种p-n型异质结复合光催化剂，在界面处形成的内建电场可促进光生载流子的分离，同时纳米金刚石表面的丰富缺陷可为光催化反应提供活性位点，进一步的提高了碘氧化铋的催化活性。

附图说明

图1为样品的电子扫描电镜图及元素分析图：（a）碘氧化铋，（b）碘氧化铋/纳米金刚石；（c）是（b）“+”字所标处相对应的元素分析能谱图。

图2为样品的紫外-可见光吸收光谱。

图3为光催化活性测试图。

图4为碘氧化铋/纳米金刚石光降解罗丹明b的循环实验曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1制备碘氧化铋

第1步，称取摩尔比bi(no3)3•5h2o:ki=1:1，将bi(no3)3•5h2o（1mmol）缓慢加入装有乙二醇(20ml)的100ml的烧杯中。然后，把ki(1mmol)缓慢加入上述溶液中，并伴随搅拌。最后，在上述溶液缓慢加入去离子水(20ml)，并伴随搅拌，得到混合溶液。

第2步，把混合溶液转移到含聚四氟乙烯反应釜内胆的100ml高压反应釜中，加热至180℃，保温12h后，自然冷却至室温。

第3步，把得到的混合液离心-水洗-乙醇洗，最后在干燥箱中60℃保温12小时。

实施例2

本实施例的碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的制备方法如下：

一种碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的制备方法如下：

将纳米金刚石提纯分散后加入到烧杯中，然后加入乙二醇（20ml），bi(no3)3•5h2o（1mmol），ki（1mmol）和去离子水（20ml），得到的混合溶液转入到高压反应釜中，加热至180℃，保温12h后自然冷却至室温，把得到的混合液离心-水洗-乙醇洗，最后在干燥箱中60℃保温12小时，得碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂，其中纳米金刚石与碘氧化铋的质量百分比为16%。

图1为样品的电子扫描电镜图及元素分析图：（a）碘氧化铋，（b）碘氧化铋/纳米金刚石，如图所示，与纳米金刚石复合后，碘氧化铋的形貌没有发生明显的变化。x射线能谱：（c）是（b）“+”字所标处相对应的元素分析能谱图，有图可知，样品表面的纷纷有si、c、bi、o和i，其中si强度较大，来源于样品衬底硅片，bi,o和i来源于样品碘氧化铋，c来源于纳米金刚石。

图2为样品的紫外-可见光吸收光谱。如图所示，相比纳米金刚石（nd），bioi/nd（16%）复合材料的光响应强度增大，有利于提高光子的利用效率，提高光催化活性。

图3为光催化活性测试图。如图所示，在相同条件下，碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的光催化效率明显高于碘氧化铋和纳米金刚石，说明p-n异质结结构对于提高碘氧化铋的光催化活性具有促进作用。

图4为碘氧化铋/纳米金刚石光降解罗丹明b的循环实验曲线。3次循环实验结果显示其降解率分别为92%，91%，89%，证明该复合光催化剂的循环利用率较高。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

1.一种碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将纳米金刚石提纯分散后加入到烧杯中，然后加入乙二醇、bi(no3)3•5h2o、ki和去离子水得到混合溶液，将得到的混合溶液转入到高压反应釜中，加热，冷却，离心，提纯，干燥，得碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂。

2.根据权利要求1所述的碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述bi(no3)3•5h2o与ki反应生成碘氧化铋。

3.根据权利要求2所述的碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述纳米金刚石与碘氧化铋的质量百分比为8%-32%。

4.根据权利要求1所述的碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述bi(no3)3•5h2o与ki的摩尔比为1:1。

5.根据权利要求1所述的碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述乙二醇和去离子水的体积比为1:1。

6.根据权利要求1所述的碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述加热温度为160-200℃，保温10-16h。

7.根据权利要求1所述的碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述干燥是在60-80℃干燥箱中保温12小时。

8.根据权利要求1-7任一所述的制备方法制得的碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂。

技术总结
本发明公开了一种碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂及其制备方法。首先对纳米金刚石进行提纯以及分散，然后与碘氧化铋的前驱体（陆续加入乙二醇，Bi(NO3)3·5H2O，KI，去离子水）充分混合，通过一步水热法合成碘氧化铋/纳米金刚石复合光催化剂。本发明合成的复合光催化剂具有光稳定性好、光生载流子利用率高。复合光催化剂增强了碘氧化铋的光催化活性，解决了碘氧化铋光生载流子易复合的问题，该合成方法简单易行，成本低廉，有利于大规模生产。

技术研发人员：苏丽霞;郝好山;陈铃;薛丽沙;王文闯;商继芳
受保护的技术使用者：河南工程学院
技术研发日：2020.08.25
技术公布日：2020.11.03