溶剂热法制备BiOCl单晶纳米片

第28卷第4期2011年11月

新疆大学学报(自然科学版)

Journal of Xinjiang University(Natural Science Edition)

Vol.28,No.4

Nov.,2011溶剂热法制备BiOCl单晶纳米片?

宋春燕1,3，孙言飞1,2，简基康1,2?

(1.新疆大学物理科学与技术学院，新疆乌鲁木齐830046；2.新疆大学固态物理与器件重点实验室，新疆乌鲁木齐830046；

3.石河子大学师范学院物理系，新疆石河子832003)

摘要：采用溶剂热方法，在去离子水和无水乙醇的混合溶剂中通过添加适量表面活性剂(CTAB)，在200℃下反应24h，成功地制备了BiOCl单晶纳米片．用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)对产物进行了表征，结果表明获得了四方结构的BiOCl单晶纳米片，横向尺寸在300-3000 nm之间，厚度约为几纳米．

关键词：溶剂热合成；BiOCl；纳米片

中图分类号：O782+.1，O649文献标识码：A文章编号：1000-2839(2011)04-0463-04

BiOCl Single Crystalline Nanoplates

Synthesized by Solvothermal Method

SONG Chun-yan1,3，SUN Yan-fei1,2，JIAN Ji-kang1,2

(1.College of Physics Science and Technology，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang830046，China；

2.Key Laboratory of Solid State Physics and Devices，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang830046，China；

3.Department of Physics，Normal College，Shihezi University，Shihezi，Xinjiang832003，China)

Abstract：Novel bismuth oxychloride(BiOCl)single crystalline nanoplates have been successfully synthe-sized via a solvothermal route by using a mixed solvent of deionized water and Ethanol absolute(in200?C for 24h).The BiOCl nanoplates were characterized by X-ray di?raction(XRD)，scanning electron microscope (SEM)，transmission electron microscope(TEM)and UV-Vis spectrophotometry.The results show that the BiOCl nanoplates have diameters ranging from300to3000nm，and thickness of about several nanometers.

Key words：Solvothermal growth；BiOCl；nanoplates

卤氧化物BiOCl具有四方晶系的氟氯铅矿结构，带隙3.5eV，具有优异的物化性质，可作为光催化剂[1]、铁电材料[2]、光致发光材料[3]．此外，在化妆品工业中作为颜料应用方面[4]，也有着广阔的应用前景，是当前国内外的研究热点之一．

目前，BiOCl的材料制备方面有了很大的进展，J．Henle等[5]用反相微乳法合成BiO X(X=Cl，Br，I)纳米粒，Wang[1]等用静电纺丝技术制备出BiOCl和Bi2O3纳米纤维，Lei等[6]用声化学路线合成BiOCl二维纳米盘和三维层状结构，Peng等[7]用低温化学气相法合成单晶BiOCl纳米结构，Wu等[8]用阳极氧化铝模板辅助溶胶凝胶路线制备出BiOCl纳米线阵列．尽管已有BiOCl纳米结构的研究报道，但是在制备过程中选择合适路线，获得新的形貌和性质上仍然具有重要意义．近年来的科学研究表明，水热或溶剂热法是制备纳米结构的一种有效途径，利用该方法生长得到了许多重要材料的低维纳米结构．Zhu等[9]用乙醇做溶剂合成板状BiOCl，Zhou等[10]用水热法合成BiOCl介孔材料，Deng等[11]用水热法合成BiOCl纳米带，Zhang等[12]用乙二醇做溶剂制备出BiO X(X=Cl，Br，I)多层纳米片组成的微米球．

本文采用溶剂热法温度在200℃下，通过添加表面活性剂CTAB辅助合成纯相超薄BiOCl单晶纳米片，并探讨了混合溶剂量和混合溶剂体积比对产物物相及形貌的影响．

?收稿日期：2011-03-11

作者简介：宋春燕(1981-)，女，硕士生，研究方向为纳米材料.

?通讯作者：简基康，男，教授.E-mail:jianjikang@https://www.360docs.net/doc/2618790345.html,.

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1实验部分

1.1试剂

氯化铋(BiCl3)；溴化十六烷三甲基铵(CTAB)；无水乙醇；去离子水；硼氢化钾(KBH4)；以上试剂均为分析纯，使用中未经过进一步提纯．

1.2BiOCl的制备

典型实验过程如下：取0.06gCTAB放入6ml去离子水中，磁搅拌数分钟，添加24ml无水乙醇，再进行磁搅拌10min，加入3.6mmol BiCl3，再搅拌10min，接着加入6mmol KBH4，然后将混合物转移进入容积为45ml的聚四氟乙烯内衬压力釜中，密封，放入烘箱，保持在200℃，反应24h，而后，随炉冷却到室温，反应釜中生成物用蒸馏水及无水乙醇清洗数次，然后在真空烘箱中干燥6h．

2结果与讨论

2.1混合溶剂量对BiOCl物相的影响

图1a为典型实验条件下所得产物的X射线衍射谱图，图中所有衍射峰均对应于四方相BiOCl(JCPDS：06-0249)，结果表明所得产物为纯相BiOCl．在保持其他条件不变的基础上，实验研究了混合溶剂量和混合溶剂体积比对产物结构的影响.图1a，b，c为不同混合溶剂量和不同混合溶剂体积比所得产物的XRD谱图，样品1：去离子水6ml，无水乙醇24ml；样品2：去离子水6ml，无水乙醇18ml；样品3：去离子水4ml，无水乙醇16ml．由图中可见，样品1与样品2XRD谱图相似，表明去离子添加量相同，无水乙醇添加量不同时的产物结晶相近；但样品3出现杂峰，*峰可能为Bi．

由图1说明去离子水6ml，无水乙醇24ml时所得产物结晶状况优于溶剂为去离子水4ml，无水乙醇16 ml的产物，另外在去离子水6ml时，无水乙醇18ml或24ml，对产物结构没有明显的影响．

图1在不同去离子水，无水乙醇配比条件下得到样品的XRD谱图

(a)6ml:24ml;(b)6ml:18ml;(c)4ml:16ml

2.2BiOCl纳米材料的SEM分析

如图2所示，对不同混合溶剂量中所得产物进行了SEM形貌分析．图2a，b分别是样品1的不同放大倍数SEM照片，揭示了样品的典型形貌特征.在低放大倍数SEM照片图2a中，可以看到产物由大量的片状结构组成；在图2b中可以观察到这些片状结构侧边未显示晶体规则外形，呈现近似圆形或弧形侧边，横向尺寸约为300nm到3000nm之间，厚度约为几纳米．图2c，d是样品3的不同放大倍数SEM形貌照片，显示了基本相近的产物形貌特征，但其大小形状相对不均一，片较大，尚未完全形成形貌较好的纳米片．样品3与样品1相比，纳米片形貌生长未趋完善，考虑到XRD的结果显示样品3有杂相，反应不完全，表明较少的去离子水、较低的填充度不利于本反应体系中BiOCl纳米片的生长．

2.3BiOCl纳米材料的TEM分析

利用TEM对所得纳米片进行了微结构分析．图3a，b，c分别为样品1透射电子显微镜（TEM）图、选取电子衍射(SAED)图和高分辨(HRTEM)图．从图3(a)中可知所得产物形貌为薄片状形貌，且接近于圆形，

第4期宋春燕，等:溶剂热法制备BiOCl单晶纳米片465

图2(a)、(b)样品1不同放大倍数的SEM图;(c)、(d)样品3不同放大倍数的SEM图

横向尺寸约为800nm左右，而且从图中可看出纳米片表面分布着许多纳米颗粒，单个颗粒尺寸约几纳米；图3(b)中的电子衍射花样可以根据四方结构的BiOCl来指标，晶带轴为[001]，表明所得BiOCl纳米片为单晶，在单晶衍射斑点之外，而且存在一些多晶衍射斑纹，这与TEM形貌观测一致；在3(c)中HRTEM图中可观察到晶格条纹有很多个不同取向，可知单个纳米片表面由不同取向的纳米晶粒组成，其中晶格条纹间距0.250nm和0.298nm分别与BiOCl(003)晶面和(110)晶面间距d值基本吻合．

图3样品1的TEM图(a)，SAED图(b)，HRTEM图(c)

2.4BiOCl的UV-Vis分析

图4是样品1的UV-Vis吸收谱，可以看出，BiOCl在紫外光区域有较强的吸收，如图示，吸收带边约为330nm，因此可作为紫外吸收防护材料，与报道文献[13]相比，吸收带边略小．

图4样品1的UV-Vis吸收图谱

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3结论

在温度200℃下，采用溶剂热方法通过添加表面活性剂CTAB辅助合成BiOCl纳米片，利用XRD、SEM、TEM、SAED和HRTEM对产物的结构和形貌进行了表征．结果表明，所制备的BiOCl均为四方相结构；去离子水6ml，无水乙醇24ml时获得具有近似圆形形貌的单晶纳米片，横向尺寸约在300-3000nm之间，厚度约为几纳米，且纳米片表面分布着许多纳米颗粒，单个颗粒尺寸约为几纳米；混和溶剂量和混合溶剂体积比对产物的结构、形貌和尺寸有重要的影响；并讨论了BiOCl纳米片的UV-Vis吸收图谱，得知BiOCl纳米片可以防护紫外光．该反应路线有望用来合成其他的卤氧化物材料．

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责任编辑：闫新云