一種Bi₂WO₆分級凹槽微米球光催化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑及其制備方法，其是將Na2WO4?2H2O溶于去離子水中，在攪拌下加入NaF，充分?jǐn)嚢韬蠹尤隑i(NO3)3·5H2O，然后于100?180 ℃水熱反應(yīng)6?24 h，再將產(chǎn)物離心、水洗、干燥，獲得直徑為1.0?3.0 μm、具有分級凹槽微米球結(jié)構(gòu)的Bi2WO6光催化劑。本發(fā)明方法具有不需添加表面活性劑和調(diào)節(jié)pH、成本低、方法簡單、條件簡便易控等優(yōu)點(diǎn)，且所得分級凹槽微米球光催化劑具有一定光催化氧化苯甲醇的活性。
【專利說明】
一種B i 2W06分級凹槽微米球光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體光催化材料具有利用太陽光催化分解水產(chǎn)H2、降解有機(jī)污染物等性能，在解決人們所面臨的環(huán)境污染與日漸嚴(yán)重的能源短缺問題方面具有很大的應(yīng)用前景，因此受到研究者們的廣泛關(guān)注。但是傳統(tǒng)的光催化材料禁帶寬度較寬，只能吸收太陽光中占比很小(4%)的紫外光，而可見光在太陽光譜中約占43%，所以開發(fā)具有高效太陽能轉(zhuǎn)換率的新型可見光催化材料意義重大。在諸多的新型光催化材料中，1^2106是典型的4111'；^；[11；[118型結(jié)構(gòu)氧化物，且其帶隙約為2.69 eV，具有較為理想的可見光響應(yīng)光催化氧化還原能力，它的這些特征引起了大家的關(guān)注。截止目前，研究者在該方面已經(jīng)取得了一定的研究成果，證明Bi2WO6在環(huán)境凈化中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]光催化劑的催化性能在一定程度上受到其形貌結(jié)構(gòu)影響。對于Bi2WO6而言，其已知的所調(diào)控出的微結(jié)構(gòu)主要有納米顆粒、片狀結(jié)構(gòu)和微米球等。其中，分級微米球結(jié)構(gòu)Bi2WO6的制備也有一些報(bào)道，但都需要依賴用PVP、聚乙烯吡咯烷酮、CTAB、硫脲等作為表面活性劑或形貌控制劑，以及調(diào)節(jié)反應(yīng)液的PH值而制備出來。例如郭雪靜等(中國專利CN103191723A)以CTAB為模板劑通過把鎢酸鈉的水溶液滴加到硝酸鉍的硝酸溶液，然后水熱制得花狀Bi2WO6，采取以上加入形貌控制劑的方法雖然可以得到微米球形Bi2WO6，但附著在催化劑表面的CTAB則很難除盡;再例如徐藝軍等(中國專利CN103599771 A)以Bi(NO3)3.5H20和Na2WO4.2Η20為原料用NaOH調(diào)pH為I后水熱制得花瓣?duì)頑i2WO6;李家俊等(中國專利CN104226212A)將摩爾比為2:1的硝酸鉍和鎢酸鈉分別溶于硝酸和去離子水中，混合后調(diào)節(jié)PH為中性后進(jìn)行水熱得到Bi2WO6球形團(tuán)簇。采用調(diào)節(jié)pH的方法導(dǎo)致制備過程更為繁瑣。而于洪文等(中國專利CN103877971A)通過調(diào)節(jié)Bi2WO6制備原料Na2WO6.2出0和Bi (NO3)3.5出0分別與溶劑水和乙二醇的比例進(jìn)行水熱制備出B i 2W06微球，這種方法所制得的層堆積微米球的片層較厚?？偨Y(jié)這些合成方法，或因引入的有機(jī)物很難除盡而影響了 Bi2WO6的催化性能，或因需要調(diào)節(jié)PH值使合成步驟變得復(fù)雜。
[0004]綜上所述，尋求一種無需添加有機(jī)表面活性劑或調(diào)節(jié)pH來制備分級微米球結(jié)構(gòu)Bi2WO6的方法具有一定的實(shí)際意義。經(jīng)大量的文獻(xiàn)查閱，目前還沒有發(fā)現(xiàn)使用NaF來調(diào)控分級微米球形Bi2WO6形貌的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑及其制備方法。本發(fā)明方法無需加入有機(jī)表面活性劑，無需調(diào)節(jié)pH，采用NaF與反應(yīng)原料混合，在較低溫度的水熱反應(yīng)條件下即可得到樣品，其反應(yīng)條件溫和、簡單、易操作。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案: 一種Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑，其是由10-35 nm厚的Bi2WO6納米片自組裝而成，直徑為1.0-3.0 μπι。
[0007]所述Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑的制備方法包括以下步驟:
1)將Immol Na2WO4.2H20溶于80 mL去離子水中，充分?jǐn)嚢枋怪芙猓?br> 2)將0.1-2.0mmol NaF在攪拌條件下加入步驟I)所得溶液中，繼續(xù)攪拌；
3)向步驟2)所得溶液中加入2mmol Bi(NO3)3.5H20，然后攪拌0.5-1 h;
4)將步驟3)所得濁液轉(zhuǎn)移至100mL反應(yīng)釜中，于100-180 °(:水熱反應(yīng)6_24 h后，所得沉淀物經(jīng)離心、洗滌、60 0C干燥，得到Bi2WO6分級凹槽微米球。
[0008]本發(fā)明提出在NaF作用下，采用水熱反應(yīng)使Bi2W06結(jié)晶為納米粒，然后自組裝為納米片，進(jìn)而組裝為分級微米球。該分級凹槽微米球光催化劑具有一定光催化氧化苯甲醇的活性。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所提供的Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑的制備方法簡便易行，不需添加表面活性劑和調(diào)節(jié)反應(yīng)液PH，還可通過改變水熱反應(yīng)的溫度和反應(yīng)時(shí)間以及加入NaF的量調(diào)節(jié)層級結(jié)構(gòu)中層的厚度、致密度等，得到特定形貌的Bi2WO6光催化劑。
【附圖說明】
[0010]圖1為實(shí)施例1加入0.5 mmol NaF所制得Bi2WO6的TEM譜圖。
[0011]圖2為實(shí)施例1加入不同量NaF所制得Bi2WO6的XRD譜圖。
[0012]圖3為實(shí)施例1加入不同量NaF所制得Bi2WO6的SEM譜圖。
[0013]圖4為實(shí)施例1加入不同量NaF所制得Bi2WO6的DRS譜圖。
[0014]圖5為實(shí)施例1加入不同量NaF所制得Bi2WO6的BET圖。
[0015]圖6為實(shí)施例1加入不同量NaF所制得Bi2WO6光催化氧化苯甲醇的轉(zhuǎn)化率柱狀圖。
[0016]圖7為實(shí)施例2在不同水熱溫度下所制得Bi2WO6的XRD譜圖。
[0017]圖8為實(shí)施例2在不同水熱溫度下所制得Bi2WO6的SEM譜圖。
[0018]圖9為實(shí)施例3在不同水熱反應(yīng)時(shí)長下所制得Bi2WO6的XRD譜圖。
[0019]圖10為實(shí)施例3在不同水熱反應(yīng)時(shí)長下所制得Bi2WO6的SEM譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。
[0021]實(shí)施例1
將I mmol Na2W04.2H2O溶于80 mL去離子水中，充分?jǐn)嚢枋怪芙?然后在攪拌條件下分別加入0.1、0.2、0.5、1.0、1.2、1.5 mmol的NaF，充分?jǐn)嚢枋怪旌暇鶆?然后加入2 mmoIBi(NO3)3.5H20，攪拌0.5-lh;把上述所得溶液轉(zhuǎn)移至100 mL反應(yīng)釜中，在120 °(:下水熱反應(yīng)24 h，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將沉淀產(chǎn)物離心、洗滌，60 °C下完全干燥，得到Bi2WO6。
[0022]Bi2WO6分級凹槽微米球的物理性能表征方法:用X射線衍射(XRD)光譜分析產(chǎn)物物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)情況，用場發(fā)射掃描電鏡(FE SEM )觀察產(chǎn)物的形貌，用UV-V i s漫反射光譜(DRS)分析產(chǎn)物的光吸收情況，用透射電鏡(TEM)分析產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)，用BET分析產(chǎn)物的比表面積。
[0023]圖1為加入0.5 mmol NaF所制得的Bi2WO6的TEM譜圖。圖2為加入不同量NaF所制得Bi2TO6的XRD譜圖。由圖中可見，在一定的NaF加入量范圍內(nèi)，所得Bi2WO6有較高的結(jié)晶度，其微米球的組裝片厚度約10-20 nm。
[0024]圖3為加入不同量NaF所制得Bi2WO6的SEM譜圖。從圖中可見，隨著加入NaF量的增加，微米球的凹槽程度漸增，至NaF為1.0 mmol左右時(shí)達(dá)最大，且層的堆疊愈加致密，然后隨NaF量的增加而遞減。
[0025 ]圖4為加入不同量NaF所制得的B i 2W06的DRS譜圖。從圖中可見，所得產(chǎn)物光吸收特征在一定程度上受形貌的影響較大。
[0026]對上述所得Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑進(jìn)行光催化氧化苯甲醇的性能測試:取實(shí)施例1所得Bi2WO6各25 mg，分別加進(jìn)反應(yīng)瓶中，再加入50 mL苯甲醇、2.5 mL通O2
Ih的三氟甲苯，將反應(yīng)瓶于避光條件下攪拌I h，使Bi2WO6表面對苯甲醇及O2等達(dá)到吸附-脫附平衡，然后于室溫?cái)嚢柘?，用Xe燈照射4 h，待光照結(jié)束將一定量的反應(yīng)液離心，取離心后的上層液過濾，用乙腈稀釋50倍，然后用高效液相色譜檢測產(chǎn)物中的苯甲醛。
[0027]圖5為加入不同量NaF所制得的Bi 2WO6的MT圖。圖6為加入不同量NaF所制得的Bi2W06光催化氧化苯甲醇的轉(zhuǎn)化率柱狀圖。結(jié)果表明，Bi2WO6分級凹槽微米球的光催化活性可能受其比表面積影響較大。
[0028]實(shí)施例2
將實(shí)施例1中NaF的加入量設(shè)為0.5 mmol,水熱反應(yīng)溫度改為100 °C、150°C、180°C，其余操作同實(shí)施例1，分別制備Bi2WO6分級凹槽微米球。
[0029]圖7為不同水熱溫度下所制得的Bi2WO6的XRD譜圖。從圖中可見，產(chǎn)物結(jié)晶度除受NaF量的影響也受水熱溫度的影響。
[0030]圖8為不同水熱溫度下所制得的Bi2WO6的SEM譜圖。從圖中可見，所得自組裝Bi2TO6微米球的片層厚度隨溫度的升高而變大，層厚度由約10 nm增至30 nm，其中100°C下水熱反應(yīng)沒有得到高度結(jié)晶的Bi2WO6,且其形貌為不規(guī)則的納米粒。
[0031]實(shí)施例3
將實(shí)施例1中NaF的加入量設(shè)為0.5 mmol，水熱反應(yīng)時(shí)間改為6 h、12 h、18 h，其余操作同實(shí)施例1，分別制備Bi2WO6分級凹槽微米球。
[0032]圖9為實(shí)施例3在不同水熱反應(yīng)時(shí)長下所制得的Bi2WO6的XRD譜圖。從圖中可見，產(chǎn)物結(jié)晶程度隨反應(yīng)時(shí)間的增長而增高。
[0033]圖10為實(shí)施例3在不同水熱反應(yīng)時(shí)長下所制得的Bi2WO6的SEM譜圖。從圖中可見，產(chǎn)物形貌由納米粒轉(zhuǎn)變?yōu)閷佣询B，最終自組裝為分級凹槽微米球。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑，其特征在于:由10-35 nm厚的Bi2WO6納米片自組裝而成，其直徑為1.0-3.0 μπι。2.—種如權(quán)利要求1所述Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)將Na2WO4.2Η20溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢枋怪芙猓? 2)將NaF在攪拌條件下加入步驟I)所得溶液中，繼續(xù)攪拌； 3)向步驟2)所得溶液中加入Bi(NO3)3.5出0，然后攪拌0.5-1 h; 4)將步驟3)所得濁液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，經(jīng)水熱反應(yīng)后，所得沉淀物經(jīng)離心、洗滌、干燥，得到B i 2W06分級凹槽微米球。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑的制備方法，其特征在于:所用Na2W04‘2H20與Bi(NO3)3.5H20的摩爾比為1: 2。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑的制備方法，其特征在于:所用NaF的摩爾量為Na2WO4.2H20摩爾用量的0.1_2.0倍。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑的制備方法，其特征在于:所述水熱反應(yīng)的溫度為100-180 °C，反應(yīng)時(shí)間為6-24 h。6.—種如權(quán)利要求1所述Bi2WO6分級凹槽微米球光催化劑的應(yīng)用，其特征在于:用于光催化氧化苯甲醇。
【文檔編號(hào)】A62D101/28GK105854870SQ201610306445
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】張子重, 楊振亞, 王緒緒, 龍金林, 林華香
【申請人】福州大學(xué)