專利名稱：一種可見光光催化劑Bi₂WO₆納米結(jié)構(gòu)的溶劑熱制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光催化技術(shù)，涉及采用溶劑熱方法制備具有納米結(jié)構(gòu)的可見光響應(yīng) Bi2W06光催化劑，用此方法制備的Bi2W06納米結(jié)構(gòu)是一種由量子點(diǎn)、納米片組裝的花狀分級 結(jié)構(gòu)，且具有高的光催化性能。
背景技術(shù)：
近年來，能源短缺和環(huán)境污染日益成為威脅人類生存與健康的重大問題。光催化 技術(shù)是一種半導(dǎo)體利用太陽能降解有機(jī)環(huán)境污染物的綠色環(huán)境治理新技術(shù)。它直接利用太 陽能、不需人工能源，能徹底礦化各種難于生物降解的有機(jī)污染物，無二次污染，展現(xiàn)出了 良好的應(yīng)用前景。目前商用的光催化劑主要是Ti02，但Ti02具有較大的光學(xué)帶隙(3.2eV)， 僅能被太陽光譜中的紫外光部分激發(fā)(占太陽能的3. 8% )，不能利用太陽光譜中的可見光 部分(占太陽能45% )，使得其太陽能利用率低，這阻礙了光催化劑技術(shù)的大規(guī)模商用化推 廣。開發(fā)高性能可見光響應(yīng)的光催化劑成為當(dāng)前最熱門的研究方向之一，也是光催化技術(shù) 進(jìn)一步走向?qū)嵱没谋厝悔厔莺桶l(fā)展方向。 可見光光催化劑中，鈣鈦礦或類鈣鈦礦復(fù)合氧化物由于具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和晶 體結(jié)構(gòu)而引起人們的關(guān)注。Bi,Oe是此類化合物之一，具有層狀結(jié)構(gòu)，在可見光輻照下，能 夠高效的降解有些鹵代烴、醛酮、有機(jī)染料，且易于與污染物分離，利于光催化材料的回收 與重復(fù)利用。Bi2W06傳統(tǒng)的制備方法是高溫固相合成法，此法耗能較大，且制得的粉體粒徑 較大、比表面積較小，這不利于光催化劑對光和降解目標(biāo)的吸附，很大程度上削弱了其光催 化性能。水熱法或溶劑熱法是液相合成法的重要組成部分，被廣泛的應(yīng)用于各種納米材料 的合成與制備。水熱法合成的Bi,Oe已有大量報道，但其光催化活性還需進(jìn)一步提高。本 發(fā)明擬采用溶劑熱法制備比表面積更大、表面活性更高的Bi2W06納米結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可見光光催化劑Bi2W06納米結(jié)構(gòu)的溶劑熱制備方法， 該方法工藝簡單、成本低廉，合成出的Bi2W06納米結(jié)構(gòu)是一種由量子點(diǎn)、納米片組裝成的分 級結(jié)構(gòu)，并具有大的比表面積和良好的結(jié)晶度，在降解有機(jī)染料的過程中體現(xiàn)出了高效的 光催化活性。 本發(fā)明提供的一種可見光光催化劑Bi2W06納米結(jié)構(gòu)的溶劑熱制備方法，其特征在 于 (1)將鉍鹽和鎢鹽兩種原料溶解于多元醇溶劑中，得到混合溶液，其中，Bi的摩爾 濃度范圍為10-40mmol/L，鉍鹽中的Bi離子和鎢鹽中W離子的摩爾比為1 : 0.5-1 : 1.5， 通過超聲震蕩和攪拌后形成均勻的混合溶液，之后再添加礦化劑，礦化劑的摩爾濃度為Bi 離子摩爾濃度的10-40倍，攪拌均勻后得到反應(yīng)溶液； 鉍鹽為含Bi的硝酸鹽、醋酸鹽或氯鹽，鴇鹽為含W的鴇酸鹽或氯鹽，礦化劑可以為 尿素、水合肼或六次甲基四胺；
(2)將反應(yīng)溶液充填在反應(yīng)釜中進(jìn)行溶液溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溶液占反應(yīng)釜容量的 40% _80%，溶劑熱反應(yīng)的溫度為120°C -240。C，反應(yīng)時間為10h_30h ;
(3)將溶劑熱反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，再分別用去離子水以及乙二醇和乙醇 中一種或二種進(jìn)行洗滌，之后，在50°C _2001:的空氣中干燥，得到Bi2W06納米結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明與采用其他方法制備的Bi2W06相比具有以下優(yōu)點(diǎn) 1)本發(fā)明采用溶劑熱法制備Bi,Oe納米結(jié)構(gòu)，工藝簡單，成本低廉。與水熱法相 比，具有獨(dú)特的晶體生長環(huán)境。 2)本發(fā)明制備的Bi2W06納米結(jié)構(gòu)是由量子點(diǎn)、納米片組裝成的花狀分級結(jié)構(gòu)。這 種分級結(jié)構(gòu)避免了納米顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，能夠產(chǎn)生大的比表面積。 3)本發(fā)明采用多元醇為溶劑制備Bi2W06納米結(jié)構(gòu)，能夠有效活化光催化材料的表 面，促進(jìn)光催化反應(yīng)的發(fā)生。 4)本發(fā)明制備的Bi2W06納米結(jié)構(gòu)光學(xué)吸收邊為500nm，在可見光范圍有大范圍的 吸收。在420nm可見光的輻照下，能夠高效的降解有機(jī)染料。


圖1為溶劑熱法制備的Bi2W06納米結(jié)構(gòu)的XRD圖譜；
圖2為溶劑熱法制備的Bi2W06納米結(jié)構(gòu)的FESEM圖像；
圖3為溶劑熱法制備的Bi2W06納米結(jié)構(gòu)的TEM圖像；
圖4為溶劑熱法制備的Bi2W06納米結(jié)構(gòu)的光催化性能曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明采用溶劑熱法制備高性能可見光光催化劑Bi2W06納米結(jié)構(gòu)，其具體步驟如 下 (1)將鉍鹽和鎢鹽兩種原料溶解于多元醇溶劑中，其中，Bi離子的摩爾濃度范圍 為10-30mmol/L，鉍鹽中的Bi離子和鎢鹽中W離子的摩爾濃度比為1 : 0.5-1 : 1.5，多元 醇溶劑為乙二醇或丙三醇。通過超聲震蕩和攪拌后形成均勻的混合溶液，之后再添加礦化 劑，礦化劑的摩爾濃度為Bi離子摩爾濃度的10-40倍，攪拌均勻后得到用于溶劑熱反應(yīng)的 澄清溶液，即反應(yīng)溶液。 鉍鹽是指含Bi的硝酸鹽、醋酸鹽或氯鹽，鴇鹽是指含W的鴇酸鹽或氯鹽。礦化劑 可以是尿素、水合肼或六次甲基四胺。 (2)將步驟(1)中配制的反應(yīng)溶液充填在反應(yīng)釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溶液占 反應(yīng)釜容量的40% _80%，溶劑熱反應(yīng)的溫度為120°C _2401:，反應(yīng)時間為10h_30h。
(3)將溶劑熱反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，再分別用乙二醇、乙醇和去離子水進(jìn) 行充分洗滌以除去粉體表面殘留的金屬離子和有機(jī)溶劑，之后，在5(TC-20(rC的空氣中干 燥，即得具有納米分級結(jié)構(gòu)的Bi2W06粉體，所制備的Bi2W06納米結(jié)構(gòu)是由量子點(diǎn)、納米片組 裝成的花狀分級結(jié)構(gòu)。 為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)
容不局限于下面所給出的實例。
實施例1 :
以Bi (N03) 3 *5H20和WC16為原料，首先稱取0. 243g Bi (N03) 3 *5H20溶解于50ml乙二醇中，形成10mmol/l的硝酸鉍溶液，按照Bi : W = 1 : 1. 1的摩爾比加入O. 218g WC16，超聲震蕩、攪拌，形成澄清溶液。而后加入的礦化劑的摩爾濃度為Bi離子摩爾濃度的25倍，質(zhì)量為0. 75g的尿素，攪拌溶解，得到溶劑熱反應(yīng)溶液。將配制好的溶劑熱反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移至容量為80ml的反應(yīng)釜中，此時，反應(yīng)溶液占反應(yīng)釜總體積的63%，溶劑熱反應(yīng)的溫度為18(TC，反應(yīng)時間為15h。反應(yīng)結(jié)束后得到淺黃色沉淀，離心分離，并依次分別用乙二醇、乙醇、去離子水洗滌三次。將洗滌過的產(chǎn)物放入8(TC的烘箱中，干燥10h。經(jīng)XRD分析(見圖1)，得到的Bi2W06粉體為斜方晶相，對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDSO1-79-2381。 FESEM和TEM結(jié)果顯示了由量子點(diǎn)、納米片和花狀體構(gòu)成的分級結(jié)構(gòu)(見圖2，圖3)，樣品的比表面積經(jīng)測試為60m7g。將該實施例制備的Bi2W0e粉體用于降解羅丹明染料，降解目標(biāo)的濃度為10—5mol/L，降解實驗采用的光源為350W Xe燈，采用截止波長為420nm的濾波片去除紫外光，光催化反應(yīng)lh的降解率達(dá)到92% (見圖4)，在相同條件下，所達(dá)到的效率是固相法制備樣品的8
倍。其中的空白樣品曲線為在光照下不添加光催化劑的實施情況。
實施例2 : 以Bi (CH3C00)3 5H20和WCle為原料，首先稱取0. 970gBi (CH3COO)3 5H20溶解于64ml乙二醇中，形成30mmo1/1的醋酸鉍溶液，按照Bi : W=l : 0. 5的摩爾濃度比，加入
0. 397g WCle，超聲震蕩、攪拌，形成澄清溶液。而后加入礦化劑尿素，其摩爾濃度為Bi離子摩爾濃度的18倍，質(zhì)量為2. 16g，攪拌溶解，得到溶劑熱反應(yīng)溶液。將配制好的溶劑熱反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移至容量為80ml的反應(yīng)釜中，此時，反應(yīng)溶液占反應(yīng)釜總體積的80%溶劑熱反應(yīng)的溫度為12(TC，時間為30h。反應(yīng)結(jié)束后得到沉淀，離心分離，并依次分別用乙醇、去離子水洗滌三次。將洗滌過的產(chǎn)物放入50°C的烘箱中，干燥24h。 實施例3 : 以BiCl3和為Na2W04 2H20為原料，首先稱取0. 202g BiCl3溶解于32ml乙二醇中，形成20mmo1/1的氯化鉍溶液，然后按照Bi : W=l : 0. 8的摩爾濃度比，加入0. 211gNa2W04 21120，超聲震蕩、攪拌，形成澄清溶液。而后加入水合肼作為礦化劑，其摩爾濃度為Bi離子摩爾濃度的40倍，質(zhì)量為1. 28g，攪拌溶解，得到溶劑熱反應(yīng)溶液。將配制好的溶劑熱反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移至容量為80ml的反應(yīng)釜中，反應(yīng)溶液占反應(yīng)釜體積的40%，溶劑熱反應(yīng)的溫度為18(TC，反應(yīng)時間為20h。反應(yīng)結(jié)束后得到沉淀，離心分離，并依次分別用乙二醇、去離子水洗滌三次。將洗滌過的產(chǎn)物放入8(TC的烘箱中，干燥10h。
實施例4: 以Bi (N03)3 5H20和WC16為原料，首先稱取0. 97g Bi (N03)3 5H20溶解于50ml乙二醇中，形成40mmo1/1的硝酸鉍溶液，然后按照Bi : W=l : 1.5的摩爾濃度比，加入
1. 19g WCle，超聲震蕩、攪拌，形成澄清溶液。而后加入礦化劑六次甲基四胺，其摩爾濃度為Bi離子摩爾濃度的10倍，質(zhì)量為2. 804g，攪拌溶解，得到溶劑熱反應(yīng)溶液。將配制好的溶劑熱反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移至容量為80ml的反應(yīng)釜中，反應(yīng)溶液占反應(yīng)釜的63%。溶劑熱反應(yīng)的溫度為24(TC，反應(yīng)時間為10h。反應(yīng)結(jié)束后得到沉淀，離心分離，并依次分別用乙二醇、乙醇、去離子水洗滌三次。將洗滌過的產(chǎn)物放入15(TC的烘箱中，干燥15h。 實施例5 : 以Bi (N03) 3 5H20和H40N10041W12 5H20為原料，首先稱取0. 97gBi (N03) 3 5H20溶解于64ml乙二醇中，形成30mmo1/1的硝酸鉍溶液，然后按照Bi : W=l : 0. 6的摩爾濃度比，加入O. 313g H4。N1Q041W12 51120，超聲震蕩、攪拌，而后加入礦化劑尿素，其摩爾濃度為Bi離子摩爾濃度的15倍，其質(zhì)量為1. 8g，攪拌溶解，得到溶劑熱反應(yīng)溶液。將配制好的溶劑熱反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移至容量為80ml的反應(yīng)釜中，反應(yīng)溶液占反應(yīng)釜體積的80%，溶劑熱反應(yīng)的溫度為18(TC，反應(yīng)時間為20h。反應(yīng)結(jié)束后得到沉淀，離心分離，并依次分別用乙醇和去離子水洗滌三次。將洗滌過的產(chǎn)物放入200°C的烘箱中，干燥3h。
權(quán)利要求
一種可見光光催化劑Bi2WO6納米結(jié)構(gòu)的溶劑熱制備方法，其特征在于(1)將鉍鹽和鎢鹽兩種原料溶解于多元醇溶劑中，得到混合溶液，其中，Bi的摩爾濃度范圍為10-40mmol/L，鉍鹽中的Bi離子和鎢鹽中W離子的摩爾比為1∶0.5-1∶1.5，通過超聲震蕩和攪拌后形成均勻的混合溶液，之后再添加礦化劑，礦化劑的摩爾濃度為Bi離子摩爾濃度的10-40倍，攪拌均勻后得到反應(yīng)溶液；鉍鹽為含Bi的硝酸鹽、醋酸鹽或氯鹽，鎢鹽為含W的鎢酸鹽或氯鹽，礦化劑可以為尿素、水合肼或六次甲基四胺；(2)將反應(yīng)溶液充填在反應(yīng)釜中進(jìn)行溶液溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溶液占反應(yīng)釜容量的40％-80％，溶劑熱反應(yīng)的溫度為120℃-240℃，反應(yīng)時間為10h-30h；(3)將溶劑熱反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，再分別用去離子水以及乙二醇和乙醇中一種或二種進(jìn)行洗滌，之后，在50℃-200℃的空氣中干燥，得到Bi2WO6納米結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了可見光光催化劑Bi2WO6納米結(jié)構(gòu)的溶劑熱制備方法，步驟為①溶劑熱反應(yīng)溶液的配制將鉍鹽和鎢鹽按一定配比溶解于多元醇溶劑并形成澄清溶液，將適量礦化劑加入上述溶液中、攪拌混勻。②在溫度范圍120-240℃，在溶劑熱條件下反應(yīng)10-30h。③將溶劑熱的反應(yīng)產(chǎn)物離心分離出沉淀，洗凈、并在50℃-200℃的空氣中干燥。④此溶劑熱法制備的Bi2WO6是有量子點(diǎn)、納米片組成的花狀納米分級結(jié)構(gòu)。該方法工藝簡單、成本低廉，制備的Bi2WO6納米結(jié)構(gòu)具有好的結(jié)晶度、大的比表面積和高效的可見光光催化性能。
文檔編號B01J23/31GK101785995SQ20101011123
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者崔占奎, 曾大文, 謝長生 申請人:華中科技大學(xué)