一種聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法，屬于光催化材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于全球日益加重的環(huán)境污染與能源危機(jī)，人們致力于尋找一種可以有效解決這些問題的方法。半導(dǎo)體光催化的研宄和應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。光催化氧化技術(shù)是一種新興的環(huán)境污染治理技術(shù)，具有直接利用太陽光將有機(jī)污染物徹底礦化、不產(chǎn)生二次污染、成本低、能耗少等優(yōu)勢(shì)，因此具有十分廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]為了拓展光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，核心在于開發(fā)光譜響應(yīng)范圍寬、光催化效率高及實(shí)用性強(qiáng)的光催化材料。經(jīng)過40多年的發(fā)展，為了進(jìn)一步提升太陽光的利用率進(jìn)而推進(jìn)光催化技術(shù)的實(shí)用化，光催化材料的研宄重點(diǎn)也從以T12為代表的紫外光響應(yīng)材料逐步轉(zhuǎn)移到可見光響應(yīng)的半導(dǎo)體材料上來。其中，Bi2Mo06光催化劑是最近研宄較多的一種新型可見光催化材料，它是一種穩(wěn)定、無毒的半導(dǎo)體材料，帶隙約為2.5?2.8eV，其吸收的閾值波長(zhǎng)大于450 nm，具有活性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，無毒及寬光譜響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，使其成為目前最具潛力的可見光催化劑。但是，與實(shí)用要求相比，其光催化活性仍有待進(jìn)一步提高。
[0004]半導(dǎo)體光催化反應(yīng)的過程可分為三個(gè)步驟:光吸收與載流子的激活、光生載流子的分離與迀移、以及表面催化反應(yīng)。而光生載流子的分離與迀移是光催化過程的決速步驟。因此，要從根本上提高鉍基氧化物的光催化效率，必須提高光生載流子的分離傳輸效率。將光催化材料和導(dǎo)電高分子聚合物復(fù)合是提高載流子分離效率的一種有效的方式。
[0005]聚噻吩是一種常見的導(dǎo)電高分子聚合物，具有很強(qiáng)的給電子能力和空穴傳輸性能。結(jié)合聚噻吩的這些特點(diǎn)，將聚噻吩和鉬酸鉍復(fù)合有望極大地提高光催化劑的載流子分離與迀移率，從而帶來光催化活性的大幅度提升。
[0006]目前沒有關(guān)于聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一在于提供一種聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑，該催化劑具有光催化活性高、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的目的之二在于提供上述的一種聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，該制備方法工藝簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案
一種聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑，由納米尺寸的片狀鉬酸鉍和納米顆粒的聚噻吩組成，納米顆粒的聚噻吩分布在納米尺寸的片狀鉬酸鉍上，納米尺寸的片狀鉬酸鉍和納米顆粒的聚噻吩兩種物質(zhì)的界面形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，納米顆粒的聚噻吩:納米尺寸的片狀鉬酸鉍的質(zhì)量百分比為0.1-10.0%:90.0-99.9%O
[0010]上述的一種聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，具體包括以下步驟: (1)、鉬酸鉍粉體的制備
將Bi (NO3)3.5H20溶于硝酸或乙二醇中，得到濃度為0.1 mo I/L的Bi (NO3)3溶液；
將Na2MoO4.2H20溶于去離子水或乙二醇中，得到濃度為0.05 mo I/L的似^004溶液；然后按摩爾比計(jì)算，即Bi (NO3) 3溶液中的Bi 3+:Na 2MO04S液中的MoO 42-為2:1的比例，將Bi (NO3)3溶液和Na 2Mo04溶液混合均勻，將得到的混合液轉(zhuǎn)移到水熱釜中，控制溫度為160°C下反應(yīng)16-20h，所得的反應(yīng)液過濾，所得的濾餅依次用去離子水和無水乙醇洗滌，然后離心，所得的沉淀控制溫度為60°C干燥4-12h，得到鉬酸鉍粉體；
(2)、將步驟(I)所得的鉬酸鉍粉體加入到氯仿中，控制功率為40-100W超聲分散0.5h，得到濃度為0.02mol/L的鉬酸鉍氯仿溶液，然后加入噻吩并磁力攪拌得到懸浮液，懸浮液中噻吩的濃度為0.00014?0.0158mol/L ；
(3)、將無水氯化鐵加入到氯仿中進(jìn)行溶解，得到濃度為0.0021mol/L的氯化鐵氯仿溶液，然后加入到步驟(2)所得的懸浮液中，得到混合液；
上述混合液中濃度為0.0021mol/L的氯化鐵氯仿溶液的加入量，按濃度為0.0021mol/L的氯化鐵氯仿溶液中的無水氯化鐵:步驟(2)所得的懸浮液中的噻吩的摩爾比為I?3:1 ;
(4)、將步驟(3)所得的混合液控制溫度為O?25°C下進(jìn)行反應(yīng)4?24h，所得的反應(yīng)液控制轉(zhuǎn)速為8000-10000r/min離心，所得的沉淀依次用甲醇和去離子水洗滌3_4次，然后控制溫度為60-80°C進(jìn)行干燥，即得聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑。
[0011]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑，鉬酸鉍納米片與聚噻吩納米顆粒通過化學(xué)鍵緊密地結(jié)合在一起，極大地提高了載流子的分離傳輸效率，不僅具有較高的光催化活性，還具有很高的穩(wěn)定性。
[0012]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，制備過程在室溫下進(jìn)行，不需要進(jìn)行高溫高壓處理，從而降低了能耗，經(jīng)濟(jì)適用，且制備工藝簡(jiǎn)單，周期較短，適合大批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1、實(shí)施例1中所得的聚噻吩/鉬酸鉍的XRD衍射圖譜；
圖2、實(shí)施例1中所得的聚噻吩/鉬酸鉍的透射電鏡圖；
圖3、實(shí)施例1中所得的聚噻吩/鉬酸鉍的漫反射圖譜；
圖4、以實(shí)施例1所得的聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑，實(shí)施例1中步驟(I)所得的鉬酸鉍粉體為催化劑用于羅丹明B水溶液進(jìn)行降解反應(yīng)，分別進(jìn)行光照反應(yīng)10min、20min、30min所得的羅丹明B的降解率情況。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0015]本發(fā)明的各實(shí)施例中所用原料的規(guī)格及生產(chǎn)廠家信息如下:Bi (NO3)3.5H20(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；
Na2MoO4.2H20(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)； 硝酸(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；
NaOH (分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；
氯仿(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；
乙二醇(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；
無水乙醇(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；
甲醇(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；
噻吩(分析純，百靈威科技有限公司)；
FeCl3 (分析純，百靈威科技有限公司)。
[0016]實(shí)施例1
一種聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑，由納米尺寸的片狀鉬酸鉍和納米顆粒的聚噻吩組成，納米顆粒聚噻吩分布在納米尺寸的片狀鉬酸鉍上，納米尺寸的片狀鉬酸鉍和納米顆粒的聚噻吩兩種物質(zhì)的界面形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，納米顆粒的聚噻吩:納米尺寸的片狀鉬酸鉍的質(zhì)量百分比為1.0%:99.0%。
[0017]上述的一種聚噻吩/鉬酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)、鉬酸鉍粉體的制備
將0.97 g Bi (NO3)3.5H20溶于20ml硝酸中，得到濃度為0.lmol/L的Bi (NO3)3溶液； 將0.24 g Na2MoO4.2H20溶于20ml去離子水中，得到濃度為0.05mol/L的Na2MoO4溶液；
然后按摩爾比計(jì)算，即Bi (NO3) 3溶液中的Bi 3+:Na 2MO04S液中的MoO 42-為2:1的比例，將Bi (NO3) 3溶液和Na 2MO04S液混合均勻，將得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到水熱釜中，控制溫度為160°C下反應(yīng)20h，所得的反應(yīng)液過濾，所得的濾餅依次用去離子水和無水乙醇洗滌，然后離心，所得的沉淀控制溫度為60°C干燥12h，得到81^004粉體；
采用場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡(FEI tecnaiG2F30，美國(guó)FEI公司)對(duì)上述所得的Bi2 MoO4粉體進(jìn)行形貌和微結(jié)構(gòu)分析，可以看出，所得的Bi2 ]?004粉體為納米尺寸的片狀Bi 2Mo04；
(2)、將0.68步驟(I)所得的鉬酸鉍粉體加入到50ml氯仿中，控制功率為10W超聲分散0.5h，得到濃度為0.02mol/L的鉬酸鉍氯仿溶液，然后加入0.006g噻吩并磁力攪拌得到懸浮液，懸浮液中噻吩的濃度為0.0014mol/L ；
(3)、將0.017g無水氯化鐵加入到50ml氯仿中進(jìn)行溶解，得到濃度為0.0021mol/L的氯化鐵氯仿溶液，然后加入到步驟(2)所得的懸浮液中，得到混合液；
上述混合液中濃度為0.0021mol/L的氯化鐵氯仿溶液的加入量，按濃度為0.0021mol/L的氯化鐵氯仿溶液中的無水氯化鐵:步驟(2)所得的懸浮液中的噻吩的摩爾比為1.5:1 ;
(4)、將步