[发明专利]一种制备Bi系复合氧化物一维中空超结构光催化材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及Bi系复合氧化物光催化材料的制备方法。

背景技术

近年来，能源短缺和环境污染日益严重，如何处理毒性大、生物难降解的有机物成为我们需要面对的一大难题。光催化技术将吸收的光能转化为化学能，使许多通常情况下难以分解的有机污染物在比较温和的条件下能够顺利降解，显示了光催化在绿色化学领域治理有机污染物的良好应用前景。目前关于光催化剂的研究，多数集中于以TiO₂为基础的掺杂或改性。但由于TiO₂具有较大的禁带宽度（3.2eV），只能被太阳光谱中的紫外光部分激发，而紫外光部分只占全部照射到地表太阳能的4%，不能有效利用太阳光谱中占全部照射到地表太阳能的50%以上的可见光部分，对太阳能的利用率极低。因此，寻求廉价的、环境友好且具有高性能的可见光响应光催化剂成为当前最热门的研究方向之一。

近来，科学家们发现Bi系复合氧化物具有潜在优异的可见光驱动光催化性能，因而对Bi系复合氧化物的研究引起了越来越多的关注。以Bi₂WO₆为例，其价带由W6s和O2p轨道杂化而成，具有较高的氧化活性和电荷流动性，且因其具有独特的层状结构，使得催化降解反应主要在层间进行，相当于进行了“二维”的光催化作用。因此，适当的禁带宽度和本征结构使得Bi系复合氧化物在可见光照射下表现出了杰出的光催化活性。

溶剂热法作为一种重要的液相合成方法，被广泛的应用于各种纳米材料的合成与制备中。目前，利用溶剂热法合成Bi系复合氧化物已有一些报道，如Bi₂WO₆的纳米片或纳米颗粒，但尺寸小以至难以被回收利用成为制约其发展的重要原因。因此，制备由纳米晶体组装而成的超结构就显得意义分外重大。以Bi₂WO₆为例，已报道的超结构形貌包括花状、球状、旋涡状及纳米笼状等，大部分局限于三维实心结构，而对于一维中空超结构的研究却少之又少。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有Bi系光催化材料结构单一，回收困难，对RhB有机染料降解表现出的太阳光驱动催化活性不高的问题，而提供一种制备Bi系复合氧化物一维中空超结构光催化材料的方法。

本发明一种制备Bi系复合氧化物一维中空超结构光催化材料的方法是通过下列步骤实现：

一、将一维Bi₂O₃纳米棒分散于无水乙醇中，然后滴入乙酸水溶液至体系的pH值为3～6，得到悬浊液；

二、将含氧酸盐溶于去离子水中，得到含氧酸盐水溶液，在200～700r/min的磁力搅拌条件下，将含氧酸盐水溶液加入到步骤一的悬浊液中，然后转移至具有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，在100～180℃的温度下反应6～14h，自然冷却至室温，经过离心后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，再放入烘箱中，在温度为60℃的条件下烘干6h，即得到Bi系复合氧化物一维中空超结构的光催化材料；

其中步骤二所述的含氧酸盐为Na₂WO₄·2H₂O、Na₂MoO₄·2H₂O或NaVO₃;

步骤二中一维Bi₂O₃纳米棒中Bi与含氧酸盐中的W、Mo或V的摩尔比为2:1。

本发明一种制备Bi系复合氧化物一维中空超结构光催化材料的方法采用温和的溶剂热法，利用自牺牲模板制备出了Bi系复合氧化物一维中空超结构，增加了Bi系光催化材料的结构类型。制备方法简便易行，所得产物比表面积达到32.03m²g^-1，易于回收，对RhB有机染料降解表现出优异的太阳光驱动光催化活性，与传统的商用TiO₂光催化材料对比，催化降解RhB效率提升25%，主要应用于光催化研究。

附图说明

图1是具体实施方式5中制备得到的Bi₂WO₆一维中空超结构的光催化材料的XRD图谱；

图2是具体实施方式5中制备得到的Bi₂WO₆一维中空超结构的光催化材料放大3000倍的FESEM图像；

图3是具体实施方式5中制备得到的Bi₂WO₆一维中空超结构的光催化材料放大10000倍的FESEM图像；