一種硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑的制備方法與流程

本發明屬于納米材料制備及應用技術領域，涉及一種硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑的制備方法。

背景技術：

隨著全球污染及能源短缺問題著漸加重，尋找以太陽光作為直接能源的環境處理技術已成為當今的研究熱點。其中，使用光催化技術處理污水具有能耗低，無二次污染，降解徹底等優點。其也越來越受到科學家的廣泛關注。目前以成為降解水污染最主要的方法之一。在眾多光催化劑中，鉍系半導體光催化劑具有價格低廉，光催化活性好等優點。BiOBr是鉍系半導體中光催化效率較高的催化劑之一。作為新型的可見光半導體催化劑，其已被廣泛用于有機污染物如染料、氯代有機小分子、微囊藻毒素等方面的降解，且具有良好的光催化降解效果。這是因為溴氧化鉍分子在[Bi₂O₂]²⁺分子層之間，分布著滿層的溴負離子(Br^-)層，該層能促進光生電子與空穴的分離，從而提高他們的光催化活性。Bi³⁺化合物由于O 2p和Bi 6s的雜化而擁有了一個狹窄的帶隙，展現出高可見光催化劑活性。但前期研究表明盡管BiOBr能直接被可見光激發，但單一的BiOBr對可見光的利用率要明顯低于與其他半導體材料復合之后的光催化劑體系。Bi基化合物和復合材料吸引了許多研究者的研究興趣。

硫化銦(In₂S₃)是重要的Ⅲ-Ⅴ族硫化物，是典型的Ⅲ-Ⅵ型半導體，這種半導體有三種晶相結構：α-In₂S₃(缺陷立方結構)，β-In₂S₃(缺陷尖晶石結構)和γ-In₂S₃(層狀結構)。其中，β-In₂S₃是典型的n-型半導體，具有光催化效率高、低毒性和高穩定性的特點。其禁帶寬度約為1.9-2.2eV，具有良好的可見光響應性，是優良的光催化劑。為了克服溴氧化鉍因禁帶寬度較大導致的可見光吸收效率低，光生電子還原能力不高，光生電子與光生空穴易復合等問題，可以采用硫化銦與溴氧化鉍進行復合形成新型的復合光催化劑，并且這種復合光催化劑上產生的電子可以從高費米能級的硫化銦遷移至低費米能級的溴氧化鉍上，形成肖特基勢壘，從而大大提高其光催化效率。因此，研究這種新型的復合光催化劑是十分必要的。文獻調研發現，硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑未有報道。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：基于上述問題，本發明提供一種硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的一個技術方案是：一種硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)硫化銦的制備：將銦源和硫源溶解于溶劑Ⅰ中，勻速攪拌20～60min，放于反應釜中，160～180℃反應12～24h，自然冷卻至室溫，過濾，用去離子水和乙醇交替洗滌，60～80℃干燥12～24h，得球狀硫化銦；

(2)溴氧化鉍的制備：將鉍源和CTAB分別溶解于溶劑Ⅱ中，將鉍源溶液滴加進CTAB溶液中，60～80℃水浴攪拌1～3h，過濾，用去離子水和乙醇交替洗滌，60～80℃干燥12～24h，得片狀溴氧化鉍；

(3)硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑的制備：將硫化銦、溴氧化鉍分別加入燒杯中，均加入分散劑超聲30～60min，將硫化銦溶液逐滴滴加至溴氧化鉍溶液中，攪拌12～24h，過濾，60～80℃干燥12～24h。

進一步地，步驟(1)中銦源為硝酸銦、硫酸銦或乙酸銦，硫源為硫脲、硫代乙酰胺或氨基硫脲；步驟(2)中鉍源為五水合硝酸鉍、硫酸鉍或乙酸鉍。

進一步地，步驟(1)中溶劑Ⅰ為去離子水與乙醇的混合溶液，且混合溶液中去離子水與乙醇的體積比為1：1～1：2；步驟(2)中溶劑Ⅱ為去離子水。

進一步地，步驟(1)中銦源和硫源的摩爾比為1：4～2：3；步驟(2)中鉍源與CTAB的摩爾比為1：1～5：8。

進一步地，步驟(3)中硫化銦質量為溴氧化鉍質量的10～80％。

進一步地，步驟(3)分散劑為乙醇、去離子水或甲醇，溴氧化鉍與分散劑的質量體積比為1g：100～1000ml。

本發明的有益效果是：該制備方法較為簡單，制備條件容易控制，所制備的硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑為綠色環保高性能催化劑，無污染，催化效率高，具有一定的應用價值。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

圖1是本發明實施例1制備得到的硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑的掃描電鏡圖；

圖2是本發明實施例1制備得到的硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑的X射線衍射圖；

圖3是本發明實施例1制備得到的硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑降解羅丹明B的紫外可見吸收光譜隨光照時間變化圖。

具體實施方式

現在結合具體實施例對本發明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。

實施例1

(1)球狀硫化銦的制備：將1.269g硝酸銦和1.2113g氨基硫脲溶解于去離子水與乙醇(體積比1：1)的混合溶液中，勻速攪拌20min，放于反應釜中加熱至160℃，加熱12h，自然冷卻至室溫，過濾，去離子水和乙醇交替洗滌多次，于60℃干燥12h；

(2)溴氧化鉍的制備：將0.12g五水合硝酸鉍和0.09g CTAB分別溶解于50ml去離子水中，然后將硝酸鉍溶液滴加進CTAB溶液，水浴攪拌加熱至60℃，持續1h，過濾，用水和乙醇洗滌多次，于60℃干燥12h；

(3)溴氧化鉍/硫化銦復合光催化劑的制備

將干燥后所得的0.01g硫化銦、0.1g溴氧化鉍分別加入兩個100ml燒杯中，均加入10ml乙醇，超聲30min，然后將溴氧化鉍溶液逐滴滴加入硫化銦溶液中，攪拌12h，于60℃干燥12h。

實施例2

(1)球狀硫化銦的制備：將1.269g硝酸銦和0.4542g氨基硫脲溶解于去離子水與乙醇(體積比1：2)的混合溶液中，勻速攪拌60min，放于反應釜中加熱至180℃，加熱24h，自然冷卻至室溫，過濾，去離子水和乙醇交替洗滌多次，于80℃干燥24h；

(2)溴氧化鉍的制備：將0.12g五水合硝酸鉍和0.1442g CTAB分別溶解于50ml去離子水中，然后將硝酸鉍溶液滴加進CTAB溶液，水浴攪拌加熱至80℃，持續3h，過濾，用水和乙醇洗滌多次，于80℃干燥24h；

(3)溴氧化鉍/硫化銦復合光催化劑的制備

將干燥后所得的0.08g硫化銦、0.1g溴氧化鉍分別加入兩個100ml燒杯中，均加入100ml去離子水，超聲60min，然后將溴氧化鉍溶液逐滴滴加入硫化銦溶液中，攪拌24h，于80℃干燥24h。

1、溴氧化鉍/硫化銦復合光催化劑的形貌及組分測定

采用日本JSM-6360A型掃描電子顯微鏡觀察實施例1制備的溴氧化鉍/硫化銦復合光催化劑的形貌，掃描電鏡圖如圖1所示，從圖可以看出，本實施方式制備的硫化銦/溴氧化鉍復合光催化劑的形貌為片層狀溴氧化鉍上負載有球狀硫化銦。

實施例1所制備的溴氧化鉍/硫化銦復合光催化劑的晶相結構由日本理學D/max2500PC自轉X-射線衍射儀分析，其中，X射線為Cu靶Kα()，電壓40kV，電流100mA，步長為0.02°，掃描范圍5°～80°。X射線衍射圖譜如圖2所示，由圖可知，制備的溴氧化鉍/硫化銦復合光催化劑XRD衍射圖中可看到在10.88°、21.81°、25.22°、31.52°、32.04°、33.08、39.22°、43.85°、45.22°、47.23°、50.65°、56.12°以及57.14°出現溴氧化鉍衍射峰，28.30°與53.38°是硫化銦的特征衍射峰。因此，可以證明溴氧化鉍與硫化銦復合在一起。而掃描電子顯微鏡圖也可以推論成功制備出了硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑。

2、溴氧化鉍/硫化銦復合光催化劑的光催化性能以及潛在應用性研究

將實施例1中制備的溴氧化鉍/硫化銦復合光催化劑降解羅丹明B溶液，其中羅丹明B溶液濃度10mg/L，取溴氧化鉍/硫化銦復合光催化劑10mg，先暗反應30min達到吸附解吸平衡，再進行可見光催化反應，使用1000w氙燈作為光源，每隔一定時間用滴管抽取5ml反應液，放入高速離心機中離心4分鐘，羅丹明B的光降解情況利用紫外可見分光光度計檢測。

實施例1所制備的溴氧化鉍/硫化銦復合光催化劑對羅丹明B的降解性能如圖3所示。由圖3可見，在90分鐘內羅丹明B降解至1.15mg/ml以下，可見用超聲浸漬法制備的硫化銦摻雜溴氧化鉍復合光催化劑具有較高的光催化活性。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。