溴氧化铋及其制备方法和应用

本发明涉及功能化纳米材料，特别涉及溴氧化铋及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近几十年来，基于半导体的光催化反应，如水裂解、水污染处理和有机合成，在解决能源危机和环境污染方面巨大的潜力，引起了极大的关注。

2、溴氧化铋(biobr)作为重要的主族多组分v-vi-vii半导体之一，由于其独特的层状结构和化学稳定性，作为一种新型光催化剂的潜在应用受到了广泛关注。biobr是一种四方层状结构，由交替累积的[bi2o2]2+层和双[br]-层组成，层间的静电场使光生电子-空穴对有效分离，使其具有较高的光催化性能。然而，由于它在晶体成型时，强晶面取向性的生长方式，导致其基本为片状或片状延展的形貌，当前溴氧化铋的研究大多是基于片状的各种负载。这限制了溴氧化铋作为载体而应用到更多的研究方向上。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供溴氧化铋及其制备方法和应用，该溴氧化铋为管状，其光利用范围比常规溴氧化铋宽，光催化过氧化氢转化效率更高。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

3、本发明的第一个方面，提供溴氧化铋，所述溴氧化铋(biobr)为多孔管状结构，所述多孔为纳米多孔。

4、本发明中，溴氧化铋为多孔中空管状，该形貌有利于光激发中光生电荷的分离/转移，扩大了紫外可见光的吸收范围；多孔结构通过其强的光折射和反射特性，保证了大的比表面积，从而提高了光催化剂的光吸收性能。

5、在本发明的一些实施方式中，所述溴氧化铋由溴氧化铋片组装而成；所述多孔为溴氧化铋片堆叠后自然形成；所述溴氧化铋片的尺寸为0.1μm～10μm，如0.5μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm。

6、在本发明的一些实施方式中，所述溴氧化铋的长度为15～30μm,如18μm、20μm、23μm、25μm、28μm；和/或，外径为3～5μm；如3.5μm、4μm、4.5μm；和/或，壁厚为0.8～1.5μm；如1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm。

7、在本发明的一些实施方式中，所述溴氧化铋的紫外光吸收范围为200nm～515nm，如200nm～510nm；200nm～505nm。

8、在本发明的一些实施方式中，所述溴氧化铋为纯四方相溴氧化铋。

9、本发明的第二个方面，提供了所述溴氧化铋的制备方法，包括以下步骤：

10、s1：铋源在水中搅拌0.8～2.5h形成铋源溶液；

11、s2：向溴源溶液中加入甘露醇，混匀后加入到所述铋源溶液中，加热至160～180℃下反应后得到所述的溴氧化铋；

12、所述铋源与所述甘露醇的摩尔比至少为1：4。

13、在本发明的一些实施方式中，所述铋源与所述甘露醇的摩尔比为1：4～10；如1：4.5、1：5、1：5.5、1：6、1：6.5、1：7、1：7.5、1：8、1：8.5、1：9、1：9.5。

14、在本发明的一些实施方式中，所述铋源和所述溴源的摩尔比为1：0.5～5，如1：1、1：2、1：3、1：4。

15、在本发明的一些实施方式中，s1中，所述搅拌的时间为1～2h；本发明中，搅拌时间太短无法形成立体结构的溴氧化铋，搅拌时间太长溴氧化铋会由管状变成棒状，比表面积降低。

16、在本发明的一些实施方式中，s2：向溴源溶液中加入甘露醇，混匀后加入到所述铋源溶液中，继续搅拌0.5～1h后，加热至160～180℃下反应后得到所述的溴氧化铋

17、在本发明的一些实施方式中，s2中，所述加热的升温速率为2～5℃/min。

18、在本发明的一些实施方式中，s2中，所述反应的时间为3～5h。

19、在本发明的一些实施方式中，s2中，还包括将保温后的产物进行纯化处理，所述纯化处理包括将产物经水和乙醇洗涤3～5次，于60～70℃下干燥10～24h。

20、在本发明的一些实施方式中，所述的铋源包括五水合硝酸铋、碳酸铋、磷酸铋、硫酸铋和三氧化二铋中的至少一种。

21、在本发明的一些实施方式中，所述的溴源包括溴化钠、溴化钾、溴化钙和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。

22、本发明的第三个方面，提出了一种光催化剂，包括所述的溴氧化铋和/或所述的溴氧化铋的制备方法制得的溴氧化铋。

23、在本发明的一些实施方式中，所述光催化剂应用于气体传感材料、化妆品、选择性氧化型催化剂、离子导体材料、铁电材料的任意一种。

24、本发明的有益效果是：

25、本发明的管状溴氧化铋为中空结构，由溴氧化铋纳米片组装而成，具备多孔结构，该形貌有利于光激发中光生电荷的分离/转移，扩大了紫外可见光的吸收范围，还增大了其比表面积，从而提高其光催化性能；可应用于气体传感材料、化妆品、选择性氧化型催化剂、离子导体材料、铁电材料。

26、本发明溴氧化铋的制备方法简单，通过对形成铋源溶液搅拌时间和甘露醇用量的调控即可成功合成管状多孔溴氧化铋。

技术特征：

1.溴氧化铋，其特征在于：所述溴氧化铋为多孔管状结构，所述多孔为纳米多孔。

2.根据权利要求1所述的溴氧化铋，其特征在于：所述溴氧化铋由溴氧化铋片组装而成；所述多孔为溴氧化铋片堆叠后自然形成。

3.根据权利要求1所述的溴氧化铋，其特征在于：所述溴氧化铋的长度为15～30μm；和/或，外径为3～5μm；和/或，壁厚为0.8～1.5μm。

4.权利要求1～3任一项所述的溴氧化铋的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的溴氧化铋的制备方法，其特征在于：所述铋源与所述甘露醇的摩尔比为1：4～10。

6.根据权利要求4所述的溴氧化铋的制备方法，其特征在于：所述铋源和所述溴源的摩尔比为1：0.5～5。

7.根据权利要求4所述的溴氧化铋的制备方法，其特征在于：s1中，所述搅拌的时间为1～2h。

8.根据权利要求4所述的溴氧化铋的制备方法，其特征在于：s2中，所述加热的升温速率为2～5℃/min。

9.根据权利要求4所述的溴氧化铋的制备方法，其特征在于：s2中，还包括将保温后的产物进行纯化处理，所述纯化处理包括将产物经水和乙醇洗涤3～5次，于60～70℃下干燥10～24h。

10.一种光催化剂，包括权利要求1～3任一项所述的溴氧化铋和/或权利要求4～9任一项所述的溴氧化铋的制备方法制得的溴氧化铋。

技术总结本发明公开了溴氧化铋及其制备方法和应用，本发明的管状溴氧化铋为中空结构，由溴氧化铋纳米片组装而成，具备多孔结构，该形貌有利于光激发中光生电荷的分离/转移，扩大了紫外可见光的吸收范围，还增大了其比表面积，从而提高其光催化性能；可应用于气体传感材料、化妆品、选择性氧化型催化剂、离子导体材料、铁电材料。本发明溴氧化铋的制备方法简单，通过对形成铋源溶液搅拌时间和甘露醇用量的调控即可成功合成管状多孔溴氧化铋。技术研发人员：牛利,韩冬雪,陈科,何颖,刘振邦受保护的技术使用者：广州大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27