一种水溶性BiO2-x及其制备方法与流程

本发明涉及纳米材料化学，尤其涉及一种水溶性bio2-x及其制备方法。

背景技术：

1、光催化是一种利用光能激发催化剂表面的光生电子和空穴，从而促进化学反应的过程。光催化技术在环境保护、能源转换、有机合成等领域具有广泛的应用前景。

2、bio2-x是一种优异的光催化材料。它具有较窄的能带间隙和可见光响应能力，可以有效吸收可见光范围内的光线。当bio2-x吸收光能时，激发的电子-空穴对会形成，并参与催化反应过程。这些电子-空穴对能够在bio2-x的表面发生光生电化学反应，从而促进底物的氧化或还原反应。

3、目前，bio2-x纳米材料主要通过破碎大块bio2-x材料制备。一般采用水热法和超声破碎法。水热法制备的大块bio2-x通常需要经过超声破碎处理。超声破碎方法制得的二维bio2-x纳米片产率低，形貌参差不起，容易引入杂质。另外，通过水热法直接制备bio2-x纳米材料的步骤繁琐，水热温度要求高，反应时间长，导致bio2-x产率低。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种水溶性bio2-x及其制备方法，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有在高温水热环境下制备bio2-x的产率低、步骤复杂；(2)制备得到的bio2-x的催化活性低。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种bio2-x的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：配制铋盐溶液；

5、步骤2：配制碱性试剂，向碱性试剂中加入氧化剂，得到碱-氧化剂混合溶液；

6、步骤3：将铋盐溶液雾化后加入碱-氧化剂混合溶液中，得到反应溶液；

7、步骤4：升温，进行水热反应；

8、步骤5：对反应后的溶液离心，得到水溶性的bio2-x；

9、其中，x值为0.08～0.16。

10、可选地，步骤3中，采用雾化器将铋盐溶液雾化。

11、可选地，步骤1包括如下步骤：

12、步骤a：将五水合硝酸铋溶于水中，使其发生水解反应；

13、步骤b：向步骤a的水解溶液中加入溶剂，使硝酸铋完全溶解为溶液，得到铋盐溶液。

14、可选地，步骤a中，五水合硝酸铋的浓度为80％-99％。

15、可选地，步骤5中，离心转速为5000-8000r/min。

16、可选地，步骤3中，反应溶液的ph为12-14。

17、第二方面，本发明提供了一种水溶性bio2-x，采用上述的制备方法制备得到，所述bio2-x的分子结构具有氧空位缺陷，bio2-x的制备原料包括、硝酸铋、碱金属的氢氧化物和氧化剂；所述bio2-x呈纳米片状，其长和宽为40-50nm，厚度为9-12nm。

18、可选地，x值为0.08～0.16。

19、可选地，所述氧化剂为次氯酸盐或氯气。

20、第三方面，本发明还提供了一种采用上述的制备方法得到的水溶性bio2-x或上述的水溶性bio2-x作为光催化剂在环境保护、能源转换和有机合成领域的应用。

21、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

22、(1)本发明采用雾化分散技术，控制硝酸铋溶液的粒径，在加入反应溶液后，一方面，减少了硝酸铋在水中的水解反应，另一方面，限制硝酸铋的反应速率，减小了产物粒径，进而降低了水热条件。具体的，现有的片状bio2-x的尺寸为几百纳米，而本发明的片状bio2-x的尺寸为40-50nm。现有的水热反应温度为150-180℃、时间为5-8h，本发明的水热反应温度仅为50-90℃，水热反应时间仅为0.2-2h。

23、(2)现有技术的bio2-x纳米片不溶于水，在水中与其他物质发生反应时接触面积小，催化效率低。采用本发明的方法制备的bio2-x纳米片溶于水，其在水中与其他物质发生反应时具有更多的可接触面积，提高其催化吸附能力，同时提高其催化效率。

24、(3)采用本发明的方法制备的bio2-x的带隙为0.7-0.9ev，证明bio2-x具有更广泛的光谱吸收范围，一方面，可以使用辐射强度较低的射线杀死癌细胞，进而减少射线对人体正常细胞的损害，达到放疗效果；另一方面，因为具有更广泛的光谱吸收范围，所以可以提高光催化效率。

25、(4)采用本发明的方法制备的bio2-x的尺寸小(长和宽仅为40-50nm)，因此，比表面积大，吸附能力强。具体而言，本发明bio2-x的吸附污染物的能力是现有技术的4～5倍。

26、(5)采用本发明的方法制备的bio2-x的zeta电位维持在-50mv左右，证明bio2-x在水中的稳定性良好，bio2-x浓度提高到30mg/ml，依然具有良好的稳定性。

27、(6)与现有水热法+超声破碎法相比，本发明雾化法+水热法的制备方法使纳米bio2-x产率至少提高10％。

28、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

技术特征：

1.一种bio2-x的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，采用雾化器将铋盐溶液雾化。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，五水合硝酸铋的浓度为80％-99％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5中，离心转速为5000-8000r/min。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，反应溶液的ph为12-14。

7.一种水溶性bio2-x，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到，所述bio2-x的分子结构具有氧空位缺陷，bio2-x的制备原料包括、硝酸铋、碱金属的氢氧化物和氧化剂；

8.根据权利要求7所述的水溶性bio2-x，其特征在于，x值为0.08～0.16。

9.根据权利要求7所述的水溶性bio2-x，其特征在于，所述氧化剂为次氯酸盐或氯气。

10.一种采用权利要求1-6任一项所述的制备方法得到的水溶性bio2-x或权利要求7-9任一项所述的水溶性bio2-x作为光催化剂在环境保护、能源转换和有机合成领域的应用。

技术总结本发明涉及一种水溶性BiO<subgt;2‑x</subgt;及其制备方法，属于纳米材料化学技术领域，解决了现有技术在高温水热环境下制备BiO<subgt;2‑x</subgt;的产率低、步骤复杂；制备得到的BiO<subgt;2‑x</subgt;的催化活性低的问题。本发明的水溶性BiO<subgt;2‑x</subgt;的分子结构具有氧空位缺陷，BiO<subgt;2‑x</subgt;的制备原料包括、硝酸铋、碱金属的氢氧化物和氧化剂。BiO<subgt;2‑x</subgt;呈纳米片状，其长和宽为40‑50nm，厚度为9‑12nm。技术研发人员：张志国,张旺,王涛,刘志远受保护的技术使用者：北京百纳福康科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27