CN102698735B

CN102698735B - 花球状Bi4V2O11可见光催化剂的制备方法

Info

Publication number: CN102698735B
Application number: CN201210157640.4A
Authority: CN
Inventors: 刘晶冰; 陈晓芳; 张美娟; 汪浩; 朱满康; 王如志
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2032-05-18
Also published as: CN102698735A

Abstract

花球状Bi₄V₂O₁₁可见光催化剂的制备方法属于光催化材料领域。本发明步骤：1. 称取尿素、硝酸铋和偏钒酸铵，其摩尔比为8：2：1。2. 在搅拌条件下，将硝酸加入到乙二醇溶液中，得到溶液A。3. 将尿素加入到溶液A中，持续搅拌，得到溶液B。4. 将硝酸铋和偏钒酸铵依次加入到溶液B中，持续搅拌，待溶质完全溶解，直至整个体系为透明的棕黄色溶液C。5. 用氨水调节溶液C的 pH 值为7-9，搅拌均匀后，装入密闭的反应釜中。6. 在180~230 ℃下晶化4~24 h。7. 晶化产物经抽滤后，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得所需产物。该方法不使用较贵的原材料，工艺简单，由于反应在液相中进行并且不需要高温处理，不但降低了能耗，而且产物为具有高比表面积的纯正交相花球状结构。

Description

花球状Bi4V2O11可见光催化剂的制备方法

技术领域

一种花球状Bi₄V₂O₁₁可见光催化剂的制备方法属于光催化材料的制备技术领域。

背景技术

在光催化领域内，寻找具有高效降解有机污染物的可见光光催化材料一直是环境污染控制与治理以及新型能源开发的重大研究课题之一。Bi₄V₂O₁₁因其具有优异的离子导电性能而被广泛应用在电极材料领域。目前，国内外科研工作者将Bi₄V₂O₁₁研究的重心集中在了如何提高它的离子导电性上。而Bi₄V₂O₁₁作为Bi-V-O体系中的一员，2010年Thakra小组采用固相法制备Bi₄V₂O₁₁并首次证明其在可见光下能够降解甲基蓝，这为可见光光催化材料的发展提供了新的“生命”。

目前，研究学者对于Bi₄V₂O₁₁晶体结构模型众说纷纭。其中比较典型的模型认为Bi₄V₂O₁₁晶体属于Aurivi11ius族的第一类晶系，由（Bi₂O₂）²⁺层与有氧空位的（VO_3.5□_0.5）^2-层两个层结构交替叠加而成。Bi₄V₂O₁₁母体化合物存在 α(单斜相)、β(正交相)和 γ(四方相) 三种晶相，在连续加热的过程中，三种晶相之间会依次发生相转变：常温开始加热到 450 ℃ 时，α→β；继续加热至 570 ℃ 时，β→γ

制备方法对材料的物理和化学性能也起着重要的作用。目前，Bi₄V₂O₁₁主要采用的是传统的固相法制备。Bi₄V₂O_11-δ是Bi₂O₃-V₂O₅体系中Bi₂O₃含量介于66.7%～70.4%的一类固溶体，实际中很难采用传统固相法制备出纯相并且符合化学计量比的Bi₄V₂O_11-δ。而对于软化学合成的方法（如水热/溶剂热，液相法等）至今很少被采用。其中，水热/溶剂热法具有合成过程相对简单，易于控制，并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体。水热/溶剂热法还可以控制物相的形成、粒径的大小、形态，且所得产物的分散性较好。因此可以使用溶剂热法制备Bi₄V₂O₁₁以提高其相应的性能。

近年来，研究者越来越热衷于合成具有不同形貌的半导体材料，特别是具有高表面积的特殊形貌，并研究其物理化学性质，从而开发其潜在应用。所以，合成具有花球状形貌的Bi₄V₂O₁₁ 并研究其光催化性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种原材料便宜及生产工艺简单、能耗小、具有纯相的花球状Bi₄V₂O₁₁可见光催化剂的制备方法。

本发明所采用的方法，其特征在于：

1．称取尿素、硝酸铋和偏钒酸铵，其摩尔比为8：2：1。

2．在搅拌条件下，将硝酸加入到乙二醇溶液中，硝酸与乙二醇的体积比为1:15，得到溶液A。

3．将尿素加入到溶液A中，持续搅拌，得到溶液B。

4．将硝酸铋和偏钒酸铵加入到溶液B中，持续搅拌，待溶质完全溶解，直至整个体系为透明的棕黄色溶液C。

5．用氨水调节溶液C的 pH 值为7-9，搅拌均匀后，装入密闭的反应釜中。

6．在180~230 ℃下晶化4~24 h。

7．晶化产物经抽滤后，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得所需产物。

该方法使用相对传统的固相法等制备方法生产工艺简单，易于控制；由于温度控制在230 ℃以下，大大降低了能耗；而且所得产物为具有高比表面积的花球状结构，大大提高了光催化性能。

图1是采用Bruker Advance D-8粉末射线衍射仪（Cu K_α 辐射，λ=1.5406Å）测定所制备材料的结构图。图2是采用BACPC-S4800扫描电子显微镜测定所制备材料的形貌图，其中图2a为10k放大倍率电镜照片，其中图2b为30k放大倍率电镜照片。图3是采用500 W的卤钨丝灯(λ > 400 nm)作为可见光源。首先在没有光照的罗丹明B染料溶液（1.0×10⁻⁵mol/L）中加入0.1 g的产物a~e，磁力搅拌 30 min使之浓度均匀，建立吸附—解离平衡。再取出少量染料溶液作为光降解的起始浓度。充分搅拌后，开始可见光照射，每隔30min测定染料的浓度。样品所有的吸光度值是用 UV-754 型紫外—可见光分光光度计测试得到的。

试验表明：所得产物为纯正交相的由纳米片组成的形状比较规则的微米花球，并具有可见光催化活性。

附图说明

图1：产物a~e的粉末X射线衍射图；

图2：产物c的扫描电镜图。

图3：产物a~e对罗丹明 B 染料的降解曲线。

具体实施方式

1．在搅拌条件下，将5mL浓度为65%的硝酸加入到75ml乙二醇溶液中；然后将1.2g尿素加入到上述溶液中，搅拌；将摩尔比为2:1的硝酸铋和偏钒酸铵加入到上述溶液中，持续搅拌，待溶质完全溶解，直至整个体系为透明的棕黄色溶液。用氨水调节溶液的pH 值为7，搅拌均匀后，装入密闭的100 ml反应釜中，在180 ℃下晶化4h，晶化产物经抽滤后，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得产物a。

2．在搅拌条件下，将5mL浓度为65%的硝酸加入到75ml乙二醇溶液中；然后将1.2g尿素加入到上述溶液中，搅拌；将摩尔比为2:1的硝酸铋和偏钒酸铵加入到上述溶液中，持续搅拌，待溶质完全溶解，直至整个体系为透明的棕黄色溶液。用氨水调节溶液的pH 值为9，搅拌均匀后，装入密闭的100 ml反应釜中，在180 ℃下晶化4h，晶化产物经抽滤后，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得产物b。

3．在搅拌条件下，将5mL浓度为65%的硝酸加入到75ml乙二醇溶液中；然后将1.2g尿素加入到上述溶液中，搅拌；将摩尔比为2:1的硝酸铋和偏钒酸铵加入到上述溶液中，持续搅拌，待溶质完全溶解，直至整个体系为透明的棕黄色溶液。用氨水调节溶液的pH 值为7，搅拌均匀后，装入密闭的100 ml反应釜中，在200 ℃下晶化4h，晶化产物经抽滤后，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得产物c。

4．在搅拌条件下，将5mL浓度为65%的硝酸加入到75ml乙二醇溶液中；然后将1.2g尿素加入到上述溶液中，搅拌；将摩尔比为2:1的硝酸铋和偏钒酸铵加入到上述溶液中，持续搅拌，待溶质完全溶解，直至整个体系为透明的棕黄色溶液。用氨水调节溶液的pH 值为7，搅拌均匀后，装入密闭的100 ml反应釜中，在230 ℃下晶化4h，晶化产物经抽滤后，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得产物d。

5．在搅拌条件下，将5mL浓度为65%的硝酸加入到75 ml乙二醇溶液中；然后将1.2g尿素加入到上述溶液中，搅拌；将摩尔比为2:1的硝酸铋和偏钒酸铵加入到上述溶液中，持续搅拌，待溶质完全溶解，直至整个体系为透明的棕黄色溶液。用氨水调节溶液的pH 值为7，搅拌均匀后，装入密闭的100 ml反应釜中，在200 ℃下晶化24h，晶化产物经抽滤后，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得产物e。

Claims

1.一种花球状Bi₄V₂O₁₁可见光催化剂的制备方法，其特征是：

1)称取尿素、硝酸铋和偏钒酸铵，其摩尔比为8：2：1；

2)在搅拌条件下，将硝酸加入到乙二醇溶液中，硝酸与乙二醇的体积比为1:15，得到溶液A；

3)将尿素加入到溶液A中，持续搅拌，得到溶液B；

4)将硝酸铋和偏钒酸铵加入到溶液B中，持续搅拌，待溶质完全溶解，直至整个体系为透明的棕黄色溶液C；

5)用氨水调节溶液C的 pH 值为7-9，搅拌均匀后，装入密闭的反应釜中；

6)在180~230 ℃下晶化4~24 h；

7)晶化产物经抽滤后，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，即得所需产物。