[发明专利]半导体Bi2O3-Ta2O5复合纳米纤维及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和光催化领域，具体涉及一种半导体Bi₂O₃-Ta₂O₅复合纳米纤维及其制备方法，该材料可用于可见光下降解污染物。

背景技术

随着社会的进步和经济的迅速发展，环境的污染日趋严重，半导体光催化材料由于具有转换太阳光能量和降解污染物的潜在运用而备受关注，提高光催化效率和开发可见光响应是目前研究的趋势。研究表明，光催化效率与催化剂的结构有密切关系，具有特殊形貌、结晶性好且尺寸小的异质结构可有效分离光生电子和空穴，提高光催化效率。

Bi₂O₃是一种p型半导体，由于具有α、β和γ、δ四种晶体形态和特殊的物理化学性质而得到广泛应用，其较宽的带隙（2.85ev）而使其在光催化方面有显著的特性，在可见光下能有效的降解污染物，是一种公认的良好的光降解材料。Ta₂O₅是一种n型半导体，具有较高的折射率和较宽的带隙（4.0ev），且物理化学性质稳定，无毒有良好的循环稳定性，是一种良好的光催化材料。但Ta₂O₅只能吸收紫外光，而而紫外光只占太阳光的4%左右。Bi₂O₃-Ta₂O₅复合可改善Ta₂O₅只对紫外光响应的缺点，可在可见光下有效的讲解污染物。目前，尚未有Bi₂O₃-Ta₂O₅复合纳米纤维的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、符合绿色化学的要求、具有优良可见光响应催化效应的半导体Bi₂O₃-Ta₂O₅复合纳米纤维及其制备方法和应用。

本方法解决上述问题所采用的技术方案是：半导体Bi₂O₃-Ta₂O₅复合纳米纤维，其为在一维Ta₂O₅纳米线模板上长有Bi₂O₃纳米颗粒的异质结构，具有均一的结构尺寸和良好分散性，直径为80-120nm，用下述方法制得，包括有以下步骤：

1）将氢氧化钠配成浓度0.01-0.025mol/L溶液，然后向溶液中加入铋源，均匀混合；

2）将上述混合溶液加入到Ta₂O₅纳米线前驱体中，均匀混合得到混合液；

3）将混合液转入至60ml反应釜中，180-220℃反应5-18小时，得到淡黄色溶液；

4）待得到的溶液自然冷却后洗涤，并置于60℃烘箱中使其完全烘干，得到的白里透黄的粉末即为半导体Bi₂O₃-Ta₂O₅复合纳米纤维。

按上述方案，步骤1）所述的铋源五水硝酸铋或氯化铋。

按上述方案，步骤3）所述的反应时间为5-12小时。

按上述方案，步骤1）和步骤2）中的铋源与Ta₂O₅纳米线前驱体摩尔比为0.5:1-3.5:1。

半导体Bi₂O₃-Ta₂O₅复合纳米纤维的制备方法，包括有以下步骤：

1）将氢氧化钠配成浓度0.01-0.025mol/L溶液，然后向溶液中加入铋源，均匀混合；

2）将上述混合溶液加入到Ta₂O₅纳米线前驱体中，均匀混合得到混合液；

3）将混合液转入至60ml反应釜中，180-220℃反应5-18小时，得到淡黄色溶液；

4）待得到的溶液自然冷却后洗涤，并置于60℃烘箱中使其完全烘干，得到的白里透黄的粉末即为半导体Bi₂O₃-Ta₂O₅复合纳米纤维。

按上述方案，步骤1）所述的铋源五水硝酸铋或氯化铋。

按上述方案，步骤3）所述的反应时间为5-12小时。