納米片光催化材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多孔材料和片狀結(jié)構(gòu)材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體的是涉及多孔812胃06納米片光催化材料的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]由于全球環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，使用光催化材料在降解有機(jī)污染物方面具有廣闊的發(fā)展前景。眾所周知，鎢酸鉍的禁帶寬度約為2.7eV，在波長(zhǎng)大于420nm的太陽光可見光區(qū)域有很強(qiáng)的吸收，并能發(fā)生光催化反應(yīng)。鎢酸鉍在受到可見光的照射后，吸收光子能量而激發(fā)產(chǎn)生了光生電子和空穴，并進(jìn)而產(chǎn)生活性氧及羥基自由基等，具有很強(qiáng)的氧化能力，它們能夠使大部分有機(jī)污染物氧化而分解。因此，在解決環(huán)境污染問題上，可以發(fā)揮良好的作用。在此基礎(chǔ)上，納米材料由于量子尺寸效應(yīng)，納米粒子的帶隙隨著顆粒尺寸的減小而增大，導(dǎo)致其具有較強(qiáng)的光催化能力。此外，又因多孔材料具有密度低、質(zhì)量小、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，具有多孔結(jié)構(gòu)的Bi2WO6納米片光催化材料在光催化的性能上將具有極大優(yōu)勢(shì)。目前，多孔材料的合成方法主要有硬模板法和軟模板法。然而，模板法通常是通過灼燒或化學(xué)萃取除去非材料組分而造孔，其操作復(fù)雜，且在非材料組分去除的過程中易造成對(duì)材料結(jié)構(gòu)的破壞。因此，采用簡(jiǎn)易、綠色的無模板法合成具有多孔結(jié)構(gòu)和納米尺度的扮2胃06成為了一個(gè)重要的研宄方向。
[0003]當(dāng)前關(guān)于鎢酸鉍光催化材料的微結(jié)構(gòu)調(diào)控研宄主要集中在納米粒子、片狀結(jié)構(gòu)和球形結(jié)構(gòu)等方面的研宄。據(jù)我們所知，目前還沒有使用無模板法合成多孔扮2胃06納米片光催化材料，以提高其光催化性能的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種多孔Bi2WOf^米片光催化材料的制備方法:在不使用任何模板劑和造孔劑的前提下，通過調(diào)控溶液中WO42-離子在固體Bi (NO3)3表面的反應(yīng)速率，以制備Bi 2W06納米片前驅(qū)體；再通過控制熱處理溫度以獲得具有多孔結(jié)構(gòu)的Bi2WO6納米片光催化材料。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:多孔Bi2WO6納米片光催化材料的制備方法，包括有以下依次步驟:
[0006]I)將Na2WO4溶于蒸餾水中形成均勻溶液，其中Na 2W04溶度為0.005-0.50mol/L ；
[0007]2)將Bi (NO3) 3固體粉末均勻平鋪在燒杯底部，再將步驟I)所得的50mL Na 2評(píng)04溶液沿?zé)诰徛尤氲綗?，其中Bi與W的摩爾比為1:0.25-1:6，于25-90°C恒溫靜置反應(yīng)l_72h，所得沉淀物經(jīng)過濾、洗滌和干燥，得無孔無定形Bi2WO6納米片；
[0008]3)將步驟2)得到的無孔無定形Bi2WO6納米片置于200-800°C高溫?zé)崽幚?.5_5h，即得到多孔Bi2WO6納米片光催化材料。
[0009]按上述方案，步驟I)所述的Na2WO4濃度為0.03-0.30mol/L。
[0010]按上述方案，步驟2)所述的靜置反應(yīng)溫度為25-60 °C，反應(yīng)時(shí)間為24-48h。
[0011]按上述方案，步驟2)所述的Bi與W的摩爾比為1:1-1:3。
[0012]按上述方案，步驟3)所述的高溫?zé)崽幚頊囟葹?50_600°C，高溫?zé)崽幚頃r(shí)間為l-3ho
[0013]本發(fā)明提出在無模板作用下，首先以固體Bi (NO3)3和Na2WO4溶液的靜置自組裝反應(yīng)，通過調(diào)控溶液中W042_離子在固體Bi (NO 3) 3表面的反應(yīng)速率，生成Bi 2106納米片前驅(qū)體，再通過對(duì)前驅(qū)體的熱處理溫度控制，以獲得具有多孔結(jié)構(gòu)的Bi2WO6納米片，其合成的基本原理是:
[0014]2Bi (NO3) 3 (S) +WO廣(aq) +2H20 (I) — Bi2WO6 (s) +4H.(aq) +6N0f (aq)
[0015]多孔Bi2WO6納米片光催化材料的光催化活性是通過紫外光下光催化降解苯酚溶液進(jìn)行表征的。實(shí)驗(yàn)過程如下:將0.1Og多孔Bi2W06m米片光催化材料分散在裝有1mL苯酚溶液(20mg.Γ1)的反應(yīng)瓶中，將反應(yīng)瓶放置于暗處2h以達(dá)到催化劑與苯酚分子間的吸附-脫附平衡。在室溫條件下，用功率為4W的紫外LED光源(波長(zhǎng):UV-365nm)照射，每隔5min測(cè)量溶液中的苯酚濃度。降解液中苯酚的濃度由紫外可見吸收光譜儀(UVmini1240, Japan)測(cè)定。
[0016]多孔扮2胃06納米片光催化材料的微結(jié)構(gòu)表征方法:用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)觀察形貌和顆粒大小，用X射線衍射(XRD)光譜分析結(jié)晶情況，用透射電鏡(TEM)觀察材料的孔結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)，用UV-vis分析材料的光吸收情況。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述的采用無模板法合成多孔Bi2WO6納米片光催化材料，無需加入任何模板劑或其他添加劑，合成過程具有簡(jiǎn)易、環(huán)保、無污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種快捷、經(jīng)濟(jì)、綠色的多孔Bi2WO6納米片光催化材料的合成方法。通過本方法合成的多孔Bi2WO6納米片光催化材料具有較大的比表面積，從而使Bi 2W06表現(xiàn)出高的光催化性能。本發(fā)明具有操作十分簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低、無需昂貴的各種反應(yīng)裝置、易于大批量合成等優(yōu)點(diǎn)，有望產(chǎn)生良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0018]圖1為實(shí)施例1中多孔Bi2WOf^米片的FESEM圖；
[0019]圖2為實(shí)施例1中多孔Bi2WO6納米片的XRD圖譜:
[0020]圖3為實(shí)施例1中多孔Bi2WO6納米片的TEM圖；
[0021]圖4為實(shí)施例1中多孔Bi2WOf^米片的UV-vis圖譜:
[0022]圖5為實(shí)施例1中多孔扮2胃06納米片對(duì)苯酚的降解速率常數(shù)k: (a) Bi 2W06； (b)Pt/Bi2WO6
[0023]圖6為實(shí)施例1中未經(jīng)高溫?zé)崽幚淼腂i2W06m米片的FESEM圖；
[0024]圖7為實(shí)施例1中未經(jīng)高溫?zé)崽幚淼腂i2W06m米片的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但是此說明不會(huì)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]多孔Bi2WO6納米片光催化材料的合成過程如下:1)將Na2WO4溶于蒸餾水中形成均勻溶液，其中Na2WO4溶度為0.125mol/L ；2)將Bi (NO3)3固體粉末均勻平鋪在燒杯底部，再將步驟I)所得的50mL Na2WO4S液沿?zé)诰徛尤氲綗?，其中Bi與W的摩爾比為1:3，于25°C恒溫靜置反應(yīng)48h，所得沉淀物經(jīng)過濾、洗滌和干燥，得無孔無定形Bi2WO6納米片；3)將步驟2)得到的無孔無定形Bi2WO6納米片置于500°C高溫?zé)崽幚?h，即得到多孔Bi 2106納米片光催化材料。
[0028]圖1是多孔Bi2WO6納米片光催化材料的FESEM圖。從圖1A和圖1B可以看出所制備的樣品以疏松的聚集體存在，且呈現(xiàn)明顯的多孔片狀結(jié)構(gòu)。從圖1C和ID可以看出，每個(gè)Bi2W06m米片是由許多納米顆粒組成，其粒徑大小為30-100nm ;同時(shí)，Bi 2W06納米顆粒間存在許多較小的孔，其孔徑為20-80nm。
[0029]圖2是多孔Bi2WO6納米片光催化材料的XRD譜圖。結(jié)果顯示:各衍射峰位置與標(biāo)準(zhǔn)Bi2WOfJ^結(jié)果相一致，證明所制備的樣品是Bi 2W06材料；同時(shí)，各衍射峰峰強(qiáng)較窄，說明多孔Bi2WO6納米片的結(jié)晶度較高，粒徑尺寸較小。
[0030]圖3是多孔Bi2WO6納米片光催化材料的TEM圖。從圖3A、3B和3C可以更清楚地看到所制備的樣品是具有多孔結(jié)構(gòu)的片狀Bi2WO6材料，孔結(jié)構(gòu)的大小與FESEM的結(jié)果相一致。圖3D為片狀Bi2WO6納米粒子間界面的高分辨TEM圖，表明Bi2WO6納米片的粒子間具有很好的結(jié)合作用。
[0031]圖4是多孔B i2W06納米片光催化材料的UV-v is圖譜。從圖中可以看出，多孔Bi 2W06納米片在可見光區(qū)具有良好的吸收性能，可吸收波長(zhǎng)達(dá)500nm的可見光，證明可作為一種可見光光催化材料。
[0032]圖5是多孔Bi2WO6納米片光催化材料對(duì)苯酚溶液的降解速率常數(shù)。從圖中可以看出，未經(jīng)Pt修飾的多孔Bi2WO6納米片對(duì)苯酚幾乎沒有降解性能，而經(jīng)Pt修飾后，多孔Bi 2W06納米片光催化材料顯示出明顯的光催化降解性能，其速率常數(shù)為0.007?^'根據(jù)前人研宄結(jié)果，Bi2WO6材料的導(dǎo)帶能級(jí)為+0.3V左右，使其光生電子不能有效還原氧氣，所以幾乎沒有光催化降解