阅读说明：本技术 一种碘掺杂溴氧铋光催化剂在固氮方面的新应用 (Novel application of iodine-doped bismuth oxybromide photocatalyst in aspect of nitrogen fixation ) 是由 滕飞 袁晨 刘再伦 杨小嫚 滕怡然 顾文浩 刘喆 于 2020-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种碘掺杂溴氧铋光催化剂在固氮方面的新应用,该碘掺杂溴氧铋光催化剂呈微米球状,其化学式为Bi<Sub>4</Sub>O<Sub>5</Sub>Br<Sub>x</Sub>I<Sub>2-X</Sub>。本发明Bi<Sub>4</Sub>O<Sub>5</Sub>Br<Sub>x</Sub>I<Sub>2-X</Sub>光催化剂材料,其制作方法简易、环保、成本低廉,产品纯净。本发明制备得到的光催化剂在可见光下具有良好的固氮应用前景。(The invention discloses a new application of an iodine-doped bismuth oxybromide photocatalyst in nitrogen fixation, wherein the iodine-doped bismuth oxybromide photocatalyst is in a micron sphere shape and has a chemical formula of Bi 4 O 5 Br x I 2‑X . Bi of the invention 4 O 5 Br x I 2‑X The photocatalyst material has the advantages of simple preparation method, environmental protection, low cost and pure product. The photocatalyst prepared by the invention has good nitrogen fixation application prospect under visible light.)

一种碘掺杂溴氧铋光催化剂在固氮方面的新应用

技术领域

本发明涉及一种碘掺杂溴氧铋光催化剂在固氮方面的新应用。

背景技术

太阳能光催化固氮是在温和条件下实现氮气转化为氨的一种行之有效的方法,其核心是开发高效催化材料提高对氮气吸附和活化的能力。肖信等采用微波法制备了碘掺杂纳米Bi4O5Br2，报道了其对尼泊金丁酯和双酚A的降解性能， 但微波法需要特定装置，不利于规模生产（CN：107308961A）。图舜恒等报道了Bi/Bi4O5Br2/BiOI三元铋基复合光催化剂的降解性能（CN：107790157A），此专利并非碘掺杂范围。赵璐等利用羟基氧化钴双功能催化剂进行了高效的固氮反应应用（CN：110479277A）；Bi₄O₅X₂（Cl、Br、I）半导体光催化材料因其独特的层状结构和电子性质而具有良好的光催化活性。然而,该半导体光催化材料的固氮产量不能满足需求。魏琴等基于金功能化钛掺杂溴氧铋微球（CN：108982481A）来改变纯溴氧铋性能。但是成本过高，并不是个优质选择。因此,如何在保持该半导体光催化材料良好的光催化活性的同时,增加活性位点提高其对氮气的吸附和活化能力成为关键。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种成本低、且具有高效固氮性能的光催化剂。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种碘掺杂溴氧铋光催化剂，该碘掺杂溴氧铋光催化剂呈均匀微米球状，平均直径为2.0～9.0μm，其化学式为Bi₄O₅Br_xI_2-X，其中x取值范围为0～2。其中，x取值优选1，即该碘掺杂溴氧铋光催化剂的化学式为Bi₄O₅BrI，平均直径为3.0～3.5μm。

本发明还提供了上述碘掺杂溴氧铋光催化剂的制备方法，该碘掺杂溴氧铋光催化剂的制备方法如下：

（1）将1.5mmol的六水合硝酸铋加入5mL乙二醇中，搅拌均匀；

（2）将 0～1 mmol溴化钾和0～1 mmol碘化钾（二者总摩尔量加和为1mmol），加入15mL乙二醇中，搅拌均匀；

（3）将步骤（1）和步骤（2）的溶液混合，搅拌均匀，加入到聚四氟乙烯内衬中，180℃恒温水热反应16小时；离心、洗涤、干燥，产物即为Bi₄O₅Br_xI_2-X。

本发明还提供了上述碘掺杂溴氧铋光催化剂在光催化固氮方面的新应用。

其中光催化采用可见光。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明Bi₄O₅Br_xI_2-X光催化剂材料，其制作方法简易、环保、成本低廉，产品纯净，可见光下有良好的固氮性能。本发明制备得到的光催化剂具有良好的应用前景。

附图说明

图1为实施例一制备的Bi₄O₅Br_xI_2-X光催化剂的X射线衍射（XRD）图；

图2为实施例一制备的Bi₄O₅Br_xI_2-X光催化剂的扫描电子显微镜（SEM）图；

由图2可见，实施例一所制备的Bi₄O₅Br_xI_2-X光催化剂形貌为均匀微球。

图3为测试例一制备的Bi₄O₅Br_xI_2-x光催化剂固氮性能对比图；图3中，纵坐标为以硝氮生成速率。

由图3可见，Bi₄O₅Br_xI_2-X光催化剂可见光下具有产硝氮性能，并且Bi₄O₅BrI固氮性能最优。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

实施例一: Bi₄O₅Br_xI_2-x光催化剂制备实施例

室温下，在烧杯1中，将1.5mmol的六水合硝酸铋加入盛有5mL乙二醇的烧杯1中，搅拌均匀；在烧杯2中加入15mL乙醇，搅拌条件下，加入一定量的碘化钾和一定量的溴化钾，搅拌均匀；将烧杯1和烧杯2的溶液混合，搅拌半小时，转移到聚四氟乙烯内衬中，180℃恒温水热反应16小时；洗涤、离心、干燥，产物即为Bi₄O₅Br_xI_2-X。

上述试验中分为5组：第1组只加入1 mmol的溴化钾；第2组加入0.25 mmol的碘化钾和0.75mmol的溴化钾；第3组加入0.5mmol的碘化钾和0.5 mmol的溴化钾；第4组加入0.75mmol的碘化钾和0.25 mmol的溴化钾；第5组加入1 mmol的碘化钾；分别制备得到产物Bi₄O₅Br₂、Bi₄O₅Br_1.5I_0.5、Bi₄O₅BrI、Bi₄O₅Br_0.5I_1.5、Bi₄O₅I₂。采用离子色谱法（Aquion(AQ) 离子色谱仪，上海齐洋检测技术有限公司）进行Br、I 定量分析。

如图1所示为上述产品的X射线衍射图，所制备得到的产品Bi₄O₅Br_xI_2-X（x=0, 0.5,1, 1.5）与Bi₄O₅Br₂标准卡（JCPDS: 37-0699）比对，本发明进行碘掺杂之后峰有偏移，说明碘掺杂溴氧铋成功。实施例一制备产品是纯相的Bi₄O₅Br_xI_2-X光催化剂。所制备的产品（x=2）与Bi₄O₅I₂ 标准卡(JCSD-713448)一致，实施例一所得产品（x=2）为纯相Bi₄O₅I₂。

如图2所示为上述产品的扫描电子显微镜图，由图可见，本发明制备所得Bi₄O₅Br₂、Bi₄O₅Br_1.5I_0.5、Bi₄O₅BrI、Bi₄O₅Br_0.5I_1.5、Bi₄O₅I₂光催化剂的形貌为微米球，平均直径分别为2.0～2.7 μm、3.0～5 μm、3.0～3.5 μm、4～6 μm、7～9 μm。

测试实例一：光催化性能测试实施例

测试过程如下：

将实施例一制得到的三种掺杂的Bi₄O₅Br_xI_2-x光催化剂与Bi₄O₅Br₂、Bi₄O₅I₂在可见光条件下进行固氮性能测试比对。

称取样品各0.1g，分别加入150ml蒸馏水，密闭装置，通入1小时氮气先避光搅拌，使氮气在催化剂表面达到吸附/脱附平衡。然后在可见光照射下进行光催化反应，上清液用分光光度计检测。根据Lambert–Beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。当吸光物质相同、厚度相同时，可以用吸光度的变化直接表示NO₃ ^-的变化。因为NO₃ ^-在220nm处有一个特征吸收峰，所以可以利用吸光度的变化来衡量溶液中NO₃ ^-的浓度变化。从图3上（横坐标：可见光光照射时间；纵坐标：经过可见光光照射一段时间后测量的NO₃ ^-浓度值）可以看出，本发明制备的掺杂的Bi₄O₅BrI的光催化活性优于其它样品，且Bi₄O₅BrI光催化剂的活性相较于没掺杂I的Bi₄O₅Br₂提高了1.875倍。