[发明专利]一种钒酸铋空心微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钒酸铋(BiVO₄)空心微球的制备方法，是一种制备工艺 简单，产物具有良好光催化活性的空心BiVO₄纳米材料的制备方法。

背景技术

随着现代工业的迅猛发展，全球能源消耗量逐年上升，能源危机迫在眉 睫。而同时，大量工业废弃物的肆意排放，环境污染问题日益严重，时刻威胁 着人类的生活水平和生存状态。为了有效解决这两大难题，各种新技术应运而 生，其中，光催化技术被认为是最有希望同时解决这两大问题的方法，这是因 为：光催化技术具有高效、稳定、环境友好等特点，适合大规模应用；光催化 技术具有价格低廉、可循环使用等优点，满足可持续发展。制备高性能、高稳 定性的光催化材料一直是光催化领域研究的热点，也是使光催化真正实现工业 化应用的主要途经。

BiVO₄材料具有较窄的带隙能、低毒、化学稳定性好和较高的太阳光利用 率，自Kudo等首次报道了BiVO₄具有光解水的特性开始，光催化领域对此材 料产生了极大的关注。BiVO₄具有三种晶体结构：单斜白钨矿结构(ms- BiVO₄)，四方白钨矿结构(ts-BiVO₄)和四方锆石结构(tz-BiVO₄)。四方结 构BiVO₄的带隙能约为2.9eV，主要吸收紫外光谱，而单斜结构的BiVO₄的带 隙能为2.4eV，吸收光谱范围可以扩展到可见光区域。四方和单斜结构BiVO₄的紫外带隙来自于O2p到V3d的跃迁，而可见光吸收来自于Bi6s轨道形成的 价带(VB)或Bi6s和O2p的杂化轨道到V3d形成的导带的跃迁^[37]。而且， BiVO₄中的Bi-O键是扭曲的，这将会提高光生电子和空穴的分离效率。目前的 研究结果表明，BiVO₄的三种晶体结构中，单斜结构的BiVO₄展现出最高的光 催化活性。因此，选择性制备单斜结构的BiVO₄是光催化领域一个非常重要的 课题。

空心结构，作为一种特殊的纳米结构，由于其具有低效率密度，大比表面 积和良好的渗透性，使其使其在生物敏感器件、催化剂、锂离子电池、药物载 体、太阳能电池等领域展现了潜在的应用价值，受到越来越多的关注。将 BiVO₄制备成空心结构，不仅可以有效增加其比表面积，同时还可以利用空心 结构的独特的光学性能提高其光吸收性能，从而提高光催化性能。然而，目前 关于成功合成BiVO₄空心结构仍鲜有报道。该制备方法中所用空心结构模板为 SiO₂纳米球，和前人的工作相比，该纳米球合成简单，制备工艺绿色，所得到 空心结构形貌均一，光催化性能良好，且通过循环实验证明，其稳定性较高， 有利于重复利用。

发明内容

本发明目的是提供一种新的利用二氧化硅纳米球模板水热法合成BiVO₄空 心微球的方法。

本发明通过以下步骤实现：

(1)制备模板二氧化硅(SiO₂)纳米球：量取一定量正硅酸四乙酯 (TEOS)，乙醇，去离子水和氨水(28wt％)，在室温下搅拌4h，搅拌停止 后，分别用水和乙醇交替洗涤三次，离心，烘干，研磨成粉末状。

所述TEOS、乙醇、去离子水、氨水的体积比为2-3：37.5：3：2，最优比 例为2.25：37.5：3：2。

(2)制备SiO₂BiVO₄复合结构：称取五水硝酸铋(Bi(NO₃)·5H₂O)加入 去离子水中，水浴加热并搅拌使其溶解；随后，向其中加入SiO₂纳米球粉末， 继续搅拌使其分散均匀；将十二水合原钒酸钠(Na₃VO₄·12H₂O)溶于去离子水 中，待其完全溶解后，逐滴加入上述溶液中，继续搅拌；搅拌停止后，将所得 溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，水热反应，待自然冷却至室温后，离心出 黄色固体，用去离子水和乙醇交替洗涤三次，离心，烘干，研磨至粉末状。