[发明专利]暴露{010}晶面族的Bi2WO6球形团簇的制备

说明书

技术领域

 本发明涉及一种暴露{010}晶面族的Bi₂WO₆球形团簇的制备方法，属于Bi₂WO₆的纳米-微米层级结构技术领域。

背景技术

随着社会的不断发展，人们面临着越来越多环境污染和能源短缺所带来的威胁。半导体光催化剂作为解决这类问题的绿色方法得到了研究者们的广泛关注。由于可见光在太阳光谱中约占43%，为了提高对太阳光的利用率，因此越来越多的可见光响应光催化剂脱颖而出。Bi₂WO₆作为最简单的奥里维里斯层状氧化物，具有较窄的禁带宽度（2.75 eV），能被可见光激发，在可见光下具有较高的催化活性，而被广泛应用于环境净化及能源转换等领域。

光催化剂的催化性能在很大程度上取决于其晶粒大小、形貌以及结构。Bi₂WO₆独特的层状结构使其有利于载流子的迁移，从而抑制光生电子和空穴的分离；较小的晶体尺寸以及多孔表面能够使其具有大的比表面积，从而有利于暴露更多的活性位点和吸附位点。但是，纳米级的材料通常难以回收利用，限制了其循环使用。而由纳米单元组成的微米结构一方面能够保持纳米材料的优势，另一方面能够缓解其回收困难，方便使用。这种层级的Bi₂WO₆微米结构通常是由各向异性的纳米片组成，因此其光催化性能具有一定的晶面依赖性，控制晶面生长成为提高其催化性能的必要手段。

目前，研究者们多使用水热/溶剂热的方法制备层级Bi₂WO₆微米结构。在制备过程中常添加聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、硫脲、辛基酚聚氧乙烯醚、醋酸等作为表面活性剂或形貌控制剂，或者使用碳球作为模板来控制其形貌，而溶液反应的环境通常为酸性或碱性。使用以上方法虽然能够控制产物形貌，但是产物中残留的有机添加剂难以彻底去除，并一定程度影响了产物的性能。另外，在后期处理过程中产生的含有有机添加剂的酸性或碱性溶液具有腐蚀性，也会造成环境污染。

综上，在制备过程中不添加任何有机添加剂，并且使反应在中性环境下进行，控制晶面生长，制备出层级Bi₂WO₆微米结构，是避免生产过程中造成环境污染，提高其光催化性能的关键，也为其实际的生产应用打下了良好的基础。

发明内容

 本发明目的在于提供一种暴露{010}晶面族的Bi₂WO₆球形团簇的制备方法，该方法具有在中性溶液中进行，简单易行，无需添加有机添加剂的优点，所制得的Bi₂WO₆球形团簇具有优良的染料吸附性能和光催化性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种暴露{010}晶面族的Bi₂WO₆球形团簇的制备方法，所述的暴露{010}晶面族的Bi₂WO₆球形团簇是由15~30nm厚的Bi₂WO₆纳米片组成的直径为2~4μm球形团簇。其特征在于包括以下过程：

1） 在磁力搅拌下，将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于1M 的HNO₃中，配制成浓度为0.2M的硝酸溶液，然后，将Na₂WO₄·2H₂O溶于去离子水中，配制成浓度为0.05M的水溶液，超声5min，按Bi元素和W元素摩尔比为2:1将两种溶液进行混合，用2M的NaOH调节溶液pH为7，搅拌2~12h得到反应溶液；

2） 将步骤1）所得的溶液在温度为160~180℃进行水热反应3~11h，得到的产物用去离子水抽滤洗涤至洗涤液澄清，获得的沉淀物，经-50℃冷冻干燥，得到{010}晶面族择优取向的Bi₂WO₆球形团簇。