CN104815684A - 一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104815684A CN104815684A CN201510234340.5A CN201510234340A CN104815684A CN 104815684 A CN104815684 A CN 104815684A CN 201510234340 A CN201510234340 A CN 201510234340A CN 104815684 A CN104815684 A CN 104815684A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- moo
- preparation
- nanofiber
- fiber
- organic solvent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
本发明公开了一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂及其制备方法。该制备方法包括：制备Ta3N5纳米纤维；将钼酸盐加入到第一有机溶剂中，混合溶解后得到钼酸盐溶液；将铋盐加入到第一有机溶剂中，混合溶解后得到铋盐溶液；将所述钼酸盐溶液、所述铋盐溶液、第二有机溶剂以及所述Ta3N5纳米纤维混合后放入反应釜中进行溶剂热反应，最终得到Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂。其中，Ta3N5纤维表面均匀且紧密的生长了一层Bi2MoO6纳米片，形成了壳核纳米纤维结构。本发明的方法简单，得到的异质结纤维光催化剂有效抑制的光生电子和空穴的复合，不仅具有高的可见光光催化活性，同时具有易回收的特性。
Description
技术领域
本发明属于半导体光催化剂领域，特别涉及一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂及其制备方法。
背景技术
太阳能作为一种源源不断的绿色能源，被认为是最有潜力的可再生能源。为了充分利用太阳能，开发长波长响应(可见光响应)、稳定高效的光催化材料是光催化技术走向应用的关键，引起了全世界科学家的高度关注。近些年，科研工作者报道了大量的可见光催化剂。然而，由于光催化剂的光生电子和空穴对的快速复合导致量子产率低，严重制约了其光催化活性。
目前，为克服这个问题，开发异质结光催化剂成为了一种有效的解决途径。合理构建半导体异质结催化剂可以克服单一组分半导体自身缺陷、增大材料的比表面积、增加活性位点、扩宽它们的光响应范围、提高催化剂的催化性能及光稳定性。通过调控异质结的组分可明显拓展可见光的响应范围或者提高光生载流子分离和传输效率，进而能有效提高异质结的光催化性能。因此，合理构建异质结光催化剂已成为光催化领域的研究热点。
研究发现将两种导带和价带位置不同的半导体材料组成异质结，可以拓宽催化剂的光响应范围、促进光生电子和空穴的分离，明显提高光催化效率。目前研究的两种半导体组成的异质结主要是p-n结，例如，CaFe2O4/PbBi2Nb1.9W0.1O9异质结光催化剂在可见光激发下降解有毒污染物乙醛的效率是PbBi2Nb1.9W0.1O9的3.7倍。
Bi2MoO6作为一种优良的可见光催化剂，得到了广泛关注。
近些年，Ta3N5因其带隙较窄(2.1eV)，可以利用波长长达600nm的可见光，引起了广大科研工作者的兴趣。目前，科研工作者已经开发出纳米尺寸的Ta3N5(纳米颗粒、花状超分子结构、空心球等)和固定膜Ta3N5光催化剂。然而，由于Ta3N5光催化剂的光生电子和空穴对的快速复合导致量子产率低，严制约了其光催化活性。因此，合理构建Ta3N5异质结光催化剂成为提高其光催化效率的重要手段。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种上述方法制备得到的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，制备Ta3N5纳米纤维；
步骤二，将钼酸盐加入到第一有机溶剂中，混合溶解后得到钼酸盐溶液；
步骤三，将铋盐加入到第二有机溶剂中，混合溶解后得到铋盐溶液；
步骤四，将所述钼酸盐溶液、所述铋盐溶液、第三有机溶剂以及所述Ta3N5纳米纤维混合形成反应前混合液，之后将所述反应前混合液放入反应釜中进行溶剂热反应，反应后得到的产物依次经离心、乙醇、水洗后烘干，最终得到Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂。
在上述制备方法中，所述Ta3N5纳米纤维的制备可以采用本领域常规方法进行制备，作为一种优选实施方式，所述Ta3N5纳米纤维的直径为150～300nm，长度为80～150μm，是通过如下方法制备得到的：将可溶性钽盐加入到PVP、无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和乙酸形成的混合溶液中，搅拌2-12h(比如3h、5h、8h、10h、11h)，得到纺丝液；之后将所述纺丝液进行静电纺丝，得到复合纤维；然后再将所述复合纤维置于450～800℃(比如460℃、500℃、550℃、580℃、600℃、650℃、700℃、740℃、760℃、790℃)条件下煅烧得到Ta2O5纤维；最后将所述Ta2O5纤维在氨气氛围中进行氮化处理，得到Ta3N5纳米纤维；优选地，所述PVP(聚乙烯吡咯烷酮)的分子量为1300000，PVP在所述纺丝液中的重量百分比为5～10wt％(比如5.5wt％、6.5wt％、8wt％、9wt％)；优选地，所述可溶性钽盐为丁醇钽、乙醇钽、五氯化钽、异丙醇钽或硫酸钽；所述可溶性钽盐在所述纺丝液中的重量百分比为10-15wt％(比如11wt％、12wt％、13wt％、14.5wt％)。优选地，所述无水乙醇、乙酸和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为3～5:1:1；优选地，所述氮化处理的时间为8～15h(比如9h、12h、13h、14h、14.5h)，所述氮化处理时的氨气流量为0.03～0.8L·min-1(比如0.05L·min-1、0.2L·min-1、0.3L·min-1、0.5L·min-1、0.6L·min-1、0.7L·min-1、0.75L·min-1)；所述氮化处理的温度为750～1000℃(比如800℃、850℃、900℃、920℃、960℃、990℃)；优选地，所述煅烧的时间为6～12h；优选地，所述静电纺丝时的纺丝条件如下：工作电压为8～25kV(9kV、12kV、16kV、18kV、24kV)，工作距离(即喷头尖端与接收器的距离)为10～25cm(12cm、16cm、18cm、21cm、24cm)；纺丝液的推进速度为0.1～1mL·h-1(比如0.12mL·h-1、0.2mL·h-1、0.3mL·h-1、0.5mL·h-1、0.6mL·h-1、0.7mL·h-1、0.8mL·h-1、0.9mL·h-1)，注射器针头内径为0.6～1.2mm。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述钼酸盐为钼酸氨或钼酸钠；所述第一有机溶剂为乙二醇。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述钼酸盐在所述反应前混合液中的摩尔浓度为2～12mmol·L-1(比如：2.5mmol·L-1、4mmol·L-1、7mmol·L-1、8mmol·L-1、9mmol·L-1、10mmol·L-1、11mmol·L-1、11.5mmol·L-1)。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述铋盐为硝酸铋，所述第二有机溶剂为乙二醇。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤三中，所述铋盐在所述反应前混合液中的摩尔浓度为4～24mmol·L-1(比如：5mmol·L-1、8mmol·L-1、14mmol·L-1、16mmol·L-1、18mmol·L-1、20mmol·L-1、22mmol·L-1、23mmol·L-1)。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤二和三中，所述混合为超声混合。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤四中，所述钼酸盐、所述铋盐以及所述Ta3N5纳米纤维的摩尔比为1：2：0.1～6(比如：1:2:0.2、1:2:0.4、1:2:1、1:2:1.5、1:2:2.5、1:2:3、1:2:4、1:2:5、1:2:5.5)；更优选地，所述第三有机溶剂的用量与所述第一种有机溶剂和第二有机溶剂用量之和的体积比为0.14～7：1(比如：0.2:1、0.5:1、0.9:1、1.5:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1)。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤四中，所述第三有机溶剂为乙醇或甲醇。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述溶剂热反应的反应条件为：反应温度为130～160℃(比如135℃、140℃、045℃、150℃、155℃)，反应时间为5～48h(比如6h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、45h)。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤四中，首先将所述钼酸盐溶液和所述铋盐溶液混合搅拌均匀，之后加入第三有机溶剂混合，再加入所述Ta3N5纳米纤维进行搅拌混合。
一种采用上述方法制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂，所述Ta3N5/Bi2MoO6具有壳核纳米纤维结构，Bi2MoO6纳米片或纳米颗粒均匀生长于Ta3N5纳米纤维表面，其中作为核的所述Ta3N5纳米纤维的直径为150～300nm，长度达80～150μm；作为壳的所述Bi2MoO6纳米片的厚度为5～15nm，长度为50～100nm；作为壳的所述Bi2MoO6纳米颗粒的粒度为50～80nm。
本发明根据固体能带理论，Bi2MoO6为窄带隙半导体，带隙为2.66eV，易被可见光激发。由于Ta3N5的价带电势低于Bi2MoO6的价带电势，同时，Ta3N5导带的电势要比Bi2MoO6的高，因此，在可见光(λ>400nm)的照射下，Ta3N5和Bi2MoO6被激发，形成光生电子(e-)和空穴(h+)。其中Bi2MoO6的价带中的光生空穴(h+)会跃迁到Ta3N5的价带中，同时Ta3N5导带中的光生电子会向Bi2MoO6的导带转移，促进光生电子(e-)和空穴(h+)的分离。因此，本发明采用静电纺丝法、结合溶剂热法制备了Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂。其中，Ta3N5纤维表面均匀且紧密的生长了一层Bi2MoO6纳米片(厚度为10nm左右；大小在50～100nm)或纳米颗粒(粒度为50～80nm)，形成了Ta3N5/Bi2MoO6壳核纳米纤维结构。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1)本发明的制备方法简单，实验条件易控制，原料、器材相对廉价，适合规模化生产。2)用本发明的方法制备得到的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂，Bi2MoO6纳米片或纳米颗粒与Ta3N5纳米纤维接触充分、复合均匀、形成良好的异质结，Bi2MoO6纳米小片或纳米颗粒紧密包裹Ta3N5纳米纤维，对可见光具有较强的吸收光谱，具有高且稳定的光催化活性。3)本发明制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂有效抑制的光生电子和空穴的复合，不仅具有高的可见光光催化活性，同时具有易回收的特性，是一种优良的光催化材料，在环境和能源等领域具有重要应用价值。
附图说明
图1是本发明中制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的扫描电镜(SEM)图片。
图2是本发明中制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维透射电镜图。
图3是Ta3N5、Bi2MoO6和Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的X射线衍射(XRD)图谱。
图4是本发明中制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂(实施例1)的氮气吸附脱附等温曲线和对应的孔径分布图。
图5是本发明中制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂(实施例1)的紫外-可见光漫反射光谱图。
图6是在可见光照射下，不同的催化剂(以Ta3N5和Bi2MoO6混合样品、Ta3N5纤维、实施例1制备的Ta3N5/Bi2MoO6为催化剂)对罗丹明B(Rh.B)的光催化降解曲线。
图7是本发明中实施例1制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂(300mg)在可见光照射下对4-氯苯酚(4-CP)的矿化率曲线图(即4-氯苯酚溶液的总有机碳含量(TOC)随时间变化图)。
图8是本发明中实施例1制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂(15mg)在可见光照射下对罗丹明(Rh.B，4.97mg L-1，50mL))的循环光催化降解曲线图。
图9是本发明实施例5制备的Ta3N5纳米纤维的扫描电镜(SEM)图片。
图10是本发明实施例6制备的Ta3N5纳米纤维的扫描电镜(SEM)图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)将无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和乙酸(体积比3:1:1)混合，然后依次加入PVP(分子量为1300000)和乙醇钽，再混合搅拌10h，得到纺丝液，其中，PVP在纺丝液中的质量百分比为8wt％，乙醇钽在纺丝液中的质量百分比为10wt％。将上述纺丝液进行纺丝，注射器针头内径为1mm，喷头尖端与接收器的距离为15cm，施加1.2万伏特的直流电压，注射器的推进速度为0.6mL·h-1，得到复合纤维。将收集的复合高分子纤维置于马弗炉中在600℃下煅烧8h，得到Ta2O5纳米纤维。之后再将Ta2O5纳米纤维置于管式炉内在800℃下进行高温氮化12h，反应完后在NH3气氛下冷却至室温。其中氨气流量为0.1L·min-1，得到Ta3N5纳米纤维，得到的纳米纤维的直径为170nm左右，长度达为120μm左右，纤维表面有明显的多孔结构。
(2)将0.2mmol钼酸钠加入到5ml乙二醇中，超声混合，使之溶解，得钼酸钠溶液；
(3)将0.4mmol硝酸铋加入到5ml乙二醇中，超声混合，使之溶解，得硝酸铋溶液；
(4)将步骤(2)中得到的钼酸钠溶液和将步骤(3)中得到的硝酸铋溶液混合后再加入30ml乙醇混合，然后加入30mg的Ta3N5纳米纤维继续混合以形成反应前混合液，之后将反应前混合液放入反应釜中，在160℃下进行溶剂热反应24h，反应后得到的产物依次经离心、无水乙醇洗涤1次、去离子水洗5次后烘干，烘干温度为60℃，烘干时间为10h，既得Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂。
图1为本实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的扫描电镜(SEM)图片，放大倍数为10000倍，从该图中可以看出Ta3N5/Bi2MoO6具有壳核纳米纤维结构，Bi2MoO6纳米片均匀生长于Ta3N5纳米纤维表面，其中Ta3N5纳米纤维为核，Bi2MoO6纳米片为壳。
图2是本实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂透射电镜图，从该图中可以看出，该催化剂具有壳核纳米纤维结构，Bi2MoO6纳米片均匀生长于Ta3N5纳米纤维表面，Bi2MoO6纳米片厚度为8nm左右；长度为50nm左右。
为了进一步证明本实施例得到的最终产物为Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂，分别对Ta3N5(其为本实施例步骤(1)制备的Ta3N5纳米纤维)、Bi2MoO6(其制备方法除步骤(4)中不加入Ta3N5纳米纤维以外，其他均与本实施例步骤(2)-(4)相同)和Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂进行了X射线粉末衍射分析，并给出相应图谱，参见图3，从图3中可以看出在Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的X射线粉末衍射图谱中同时具有Ta3N5和Bi2MoO6的特征峰，进一步表明成功制备了Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维。
图4为本实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的氮气吸附脱附等温曲线和对应的孔径分布图，Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的孔径分布均匀，主要集中在14～18nm左右；BET分析可知Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的比表面积高达63.2m2·g-1。
图5是本实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的紫外-可见光漫反射光谱图，从图中可知Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂在可见光区域也表现出较强的光吸收。
实施例2
(1)Ta3N5纳米纤维的制备同实施例1。
(2)将0.1mmol钼酸钠加入到5ml乙二醇中，超声混合，使之溶解，得钼酸钠溶液；
(3)将0.2mmol硝酸铋加入到5ml乙二醇中，超声混合，使之溶解，得硝酸铋溶液；
(4)将步骤(2)中得到的钼酸钠溶液和将步骤(3)中得到的硝酸铋溶液混合后再加入30ml乙醇，然后加入30mg的Ta3N5纳米纤维继续混合以形成反应前混合液，之后将反应前混合液放入反应釜中，在160℃下进行溶剂热反应24h，反应后得到的产物依次经离心、无水乙醇洗涤1次、去离子水洗5次后烘干，烘干温度为60℃，烘干时间为10h，既得Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂。
本实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的扫描电镜(SEM)图和透射电镜图与实施例1类似，在此不再重复给出，该实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂也具有壳核纳米纤维结构，Bi2MoO6纳米片均匀生长于Ta3N5纳米纤维表面，Bi2MoO6纳米片厚度为8nm左右，大小为50nm左右，与实施例1相比，由于本实施例钼酸盐和铋盐使用量较小，所述生长于Ta3N5纳米纤维上的Bi2MoO6纳米片较稀疏。
经过与实施例1相同的X射线粉末衍射分析，分析结果表明，本实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的X射线粉末衍射图谱中同时具有Ta3N5和Bi2MoO6的特征峰，进一步表明本实施例成功制备了Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维。
实施例3
(1)Ta3N5纳米纤维的制备同实施例1。
(2)将0.3mmol钼酸钠加入到5ml乙二醇中，超声混合，使之溶解，得钼酸钠溶液；
(3)将0.6mmol硝酸铋加入到5ml乙二醇中，超声混合，使之溶解，得硝酸铋溶液；
(4)将步骤(2)中得到的钼酸钠溶液和将步骤(3)中得到的硝酸铋溶液混合后再加入30ml乙醇，然后加入30mg的Ta3N5纳米纤维继续混合以形成反应前混合液，之后将反应前混合液放入反应釜中，在160℃下进行溶剂热反应24h，反应后得到的产物依次经离心、无水乙醇洗涤1次、去离子水洗5次后烘干，烘干温度为60℃，烘干时间为10h，既得Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂。
本实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的扫描电镜(SEM)图和透射电镜图表明：该实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂是由Bi2MoO6纳米颗粒包裹Ta3N5纳米纤维上的核壳结构，其中Bi2MoO6纳米颗粒的粒度为60nm左右。
经过与实施例1相同的X射线粉末衍射分析，分析结果表明Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的X射线粉末衍射图谱中同时具有Ta3N5和Bi2MoO6的特征峰，进一步表明本实施例成功制备了Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维。
实施例4
在本实施例中除步骤(1)的Ta3N5纳米纤维的制备中不加入N,N-二甲基甲酰胺以外，其他工艺均与实施例1相同。
该实施例制备的Ta3N5纳米纤维的微观结构如下：纳米纤维的直径为150nm左右，长度为20μm左右。
该实施例得到的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂也具有壳核纳米纤维结构，Bi2MoO6纳米片均匀生长于Ta3N5纳米纤维表面，Bi2MoO6纳米片厚度为8nm左右；大小为50nm左右，与实施例1相比，Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维长度较短为20μm左右。
实施例5
(1)将无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和乙酸(体积比3:1:1)混合，然后依次加入PVP(分子量为1300000)和五氯化钽，混合搅拌8h，得到纺丝液，其中，PVP在纺丝液中的质量百分比为8wt％，五氯化钽在纺丝液中的质量百分比为15wt％。将上述纺丝液进行纺丝，注射器针头内径为1mm，喷头尖端与接收器的距离为20cm，施加2万伏特的直流电压，注射器的推进速度为0.8mL·h-1，得到复合纤维。将收集的复合高分子纤维置于马弗炉中在700℃下煅烧8h，得到Ta2O5纳米纤维。之后再将Ta2O5纳米纤维置于管式炉内在800℃下进行高温氮化12h，反应完后在NH3气氛下冷却至室温。其中氨气流量为0.1L·min-1，得到Ta3N5纳米纤维，参见图9，其直径为150nm左右，纤维长度为80μm左右，纤维上表面光滑，多孔结构不明显，形貌为一维纤维结构。
(2)将0.2mmol钼酸钠加入到10ml乙二醇中，超声混合，使之溶解，得钼酸钠溶液；
(3)将0.4mmol硝酸铋加入到10ml乙二醇中，超声混合，使之溶解，得硝酸铋溶液；
(4)将步骤(2)中得到的钼酸盐溶液和将步骤(3)中得到的铋盐溶液混合后加入甲醇30ml，然后加入30mg的Ta3N5纳米纤维继续混合以形成反应前混合液，之后将反应前混合液放入反应釜中，在160℃下进行溶剂热反应24h，反应后得到的产物依次经离心、无水乙醇洗涤1次、去离子水洗5次后烘干，烘干温度为60℃，烘干时间为10h，既得Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂。
该实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂形貌结构类似于施例1制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维，不同在于本实施例的Ta3N5纳米纤维的长度为30μm左右，短于实施例1制备的Ta3N5纳米纤维，生长于Ta3N5纤维表面上的Bi2MoO6纳米片厚度为8nm左右，大小为50nm左右。
经过与实施例1相同的X射线粉末衍射分析，分析结果表明Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的X射线粉末衍射图谱中同时具有Ta3N5和Bi2MoO6的特征峰，进一步表明本实施例成功制备了Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维。
实施例6
(1)将无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和乙酸(体积比3:1:1)混合，然后依次加入PVP(分子量为1300000)和异丙醇钽，混合搅拌6h，得到纺丝液，其中，PVP在纺丝液中的质量百分比为6wt％，异丙醇钽在纺丝液中的质量百分比为14.5wt％。将上述纺丝液进行纺丝，注射器针头内径为1mm，喷头尖端与接收器的距离为23cm，施加2万伏特的直流电压，注射器的推进速度为0.8mL·h-1，得到复合纤维。将收集的复合高分子纤维置于马弗炉中在550℃下煅烧10h，得到Ta2O5纳米纤维。之后再将Ta2O5纳米纤维置于管式炉内在900℃下进行高温氮化10h，反应完后在NH3气氛下冷却至室温，其中氨气流量为0.8L·min-1，得到Ta3N5纳米纤维，得到的纳米纤维直径为200nm左右，长度为100μm左右和形貌为一维纤维结构，参见图10。
(2)将0.2mmol钼酸钠加入到10ml乙二醇中，超声混合，使之溶解，得钼酸钠溶液；
(3)将0.4mmol硝酸铋加入到10ml乙二醇中，超声混合，使之溶解，得硝酸铋溶液；
(4)将步骤(2)中得到的钼酸盐溶液和将步骤(3)中得到的铋盐溶液混合后加入甲醇30ml，然后加入40mg的Ta3N5纳米纤维继续混合以形成反应前混合液，之后将反应前混合液放入反应釜中，在150℃下进行溶剂热反应10h，反应后得到的产物依次经离心、乙醇、水洗后烘干，既得Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂。
该实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂类似于实施例1的结构，也具有壳核纳米纤维结构，Bi2MoO6纳米片均匀生长于Ta3N5纳米纤维表面，Bi2MoO6纳米片厚度为8nm左右；大小为50nm。
经过与实施例1相同的X射线粉末衍射分析，分析结果表面Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的X射线粉末衍射图谱中同时具有Ta3N5和Bi2MoO6的特征峰，进一步表明本实施例成功制备了Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维。
下面通过试验例对本发明各实施例制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的性能进行测试。
光催化反应实验在自搭建的简易光反应器中进行，采用300W氙灯为光源，装有400nm的滤光片，截留波长(λ)小于400nm的紫外光，保证波长(λ)大于400nm的可见光的照射，通过外部冷凝水装置将反应温度控制在20℃左右，光催化反应溶液倒入100mL烧杯中，反应过程中磁力搅拌转速保持恒定。
光催化降解罗丹明B(Rh.B)实验步骤如下：准确量取50mL 4.79mg/L的罗丹明B(Rh.B)溶液于烧杯中，之后在各烧杯中分别加入15mg的催化剂(催化剂分别为：实施例1-6制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂、实施例1步骤(1)制备的Ta3N5纤维光催化剂、Bi2MoO6催化剂(其制备方法除步骤(4)中不加入Ta3N5纳米纤维以外，其他均与实施例1步骤(2)-(4)相同)、实施例1步骤(1)制备的Ta3N5纤维(8.94mg)和上述Bi2MoO6(6.06mg)进行混合的混合催化剂)，同时设计空白对照试验，在黑暗的条件下搅拌2h，使催化剂与罗丹明B(Rh.B)溶液达到吸附平衡，然后在各烧杯中取出2-3mL反应液作为第一个样品(即平衡样)。再将玻璃烧杯放置于上述光催化反应器内，每隔10min时间取一次样，通过静置沉淀、离心将催化剂分离。离心后取上清液，采用紫外可见吸收光谱仪(UV-Vis)测定反应液中罗丹明B(Rh.B)染料的浓度变化。
总有机碳测定(TOC)实验：准确量取60mL 20mg/L的4-氯苯酚(4-CP)溶液于烧杯中，在各烧杯中分别加入300mg上述实施例1-6制备的催化剂在黑暗的条件下搅拌3h，使催化剂与4-氯苯酚(4-CP)溶液达到吸附平衡，然后取出8mL反应液作为第一个样品(即平衡样)。然后将各玻璃烧杯放置于上述光催化反应器内，每隔40min取一次样，岛津总有机碳分析仪(TOC-VCPH)来测定反应溶液在不同时间段的总有机碳含量。
循环降解实验：进行4次循环降解罗丹明B(Rh.B)溶液实验，步骤如下：将15mg的上述实施例1-6制备的催化剂分别加入到罗丹明B(Rh.B)(50mL,4.79mg L-1)溶液中，每次光催化反应60min后，将催化剂分离出，用超纯水清洗、烘干，然后再加入到新的罗丹明B(Rh.B)(50mL,4.79mg L-1)溶液进行反应，即上述实施例1-6制备的各催化剂重复使用4次，各反应液中罗丹明B(Rh.B)染料的浓度测定采用紫外可见吸收光谱仪(UV-Vis)进行测定。
各实施例的测定结果参见表1。
表1各实施例制备的异质结光催化剂的性能数据
图6为可见光照射下，不同催化剂(Ta3N5和Bi2MoO6混合样品、Ta3N5纤维、Bi2MoO6催化剂、实施例1制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维)对Rh.B溶液的光催化降解曲线。在空白试验中，光照反应60min，Rh.B溶液基本未发生降解。当以Ta3N5纤维为光催化剂时，反应60min后，Rh.B基本未发生降解反应；而Ta3N5和Bi2MoO6机械混合样品的光催化活性也比较低，光照反应60min，对Rh.B的降解效率仅60％，说明简单的混合Ta3N5和Bi2MoO6，无法有效提高催化剂的光催化活性；Ta3N5/Bi2MoO6表现出最强的光催化活性即反应60min对Rh.B的降解效率高达99.5％。说明Ta3N5和Bi2MoO6形成良好的异质结，从而有效抑制光生电子和空穴的复合。
图7是实施例1制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂降解4-CP过程的TOC值变化，结果表明经过4h光照反应，其对4-CP的矿化率高达50.8％。说明该催化剂不但可以快速光催化降解有机物(4-CP)，而且能够实现对有机物(4-CP)的矿化。
图8是循环利用实施例1制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂进行了4次可见光光催化降解Rh.B溶液的实验。每次反应都是在相同的实验条件下进行，每次光照反应60min。经过4次连续的光催化降解实验，Rh.B的光催化降解效率由第一次的99.5％到第四次循环变成90.1％，说明Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的光催化活性相对稳定，没有发生明显降低。
Claims (10)
1.一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，制备Ta3N5纳米纤维；
步骤二，将钼酸盐加入到第一有机溶剂中，混合溶解后得到钼酸盐溶液；
步骤三，将铋盐加入到第二有机溶剂中，混合溶解后得到铋盐溶液；
步骤四，将所述钼酸盐溶液、所述铋盐溶液、第三有机溶剂以及所述Ta3N5纳米纤维混合形成反应前混合液，之后将所述反应前混合液放入反应釜中进行溶剂热反应，反应后得到的产物依次经离心、乙醇、水洗后烘干，最终得到Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ta3N5纳米纤维的直径为150～300nm，长度为80～150μm；是通过如下方法制备得到的：将可溶性钽盐加入到PVP、无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和乙酸形成的混合溶液中，搅拌2-12h，得到纺丝液；之后将所述纺丝液进行静电纺丝，得到复合纤维；然后再将所述复合纤维置于450～800℃条件下煅烧得到Ta2O5纤维；最后将所述Ta2O5纤维在氨气氛围中进行氮化处理，得到Ta3N5纳米纤维；优选地，所述PVP的分子量为1300000，所述PVP在所述纺丝液中的重量百分比为5～10wt％；所述可溶性钽盐为丁醇钽、乙醇钽、五氯化钽、异丙醇钽或硫酸钽；所述可溶性钽盐在所述纺丝液中的重量百分比为10-15wt％；所述无水乙醇、乙酸和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为3～5:1:1。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氮化处理的时间为8～15h，所述氮化处理时的氨气流量为0.03～0.8L·min-1，所述氮化处理的温度为750～1000℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的时间为6～12h；所述静电纺丝时的纺丝条件如下：工作电压为8～25kV，工作距离为10～25cm；纺丝液的推进速度为0.1～1mL·h-1，注射器针头内径为0.6～1.2mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钼酸盐为钼酸氨或钼酸钠；所述第一有机溶剂为乙二醇；优选地，所述钼酸盐在所述反应前混合液中的摩尔浓度为2～12mmol·L-1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铋盐为硝酸铋，所述第二有机溶剂为乙二醇；所述铋盐在所述反应前混合液中的摩尔浓度为4～24mmol·L-1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述钼酸盐、所述铋盐以及所述Ta3N5纳米纤维的摩尔比为1：2：0.1～6；所述第三有机溶剂的用量与第一种有机溶剂和第二有机溶剂的用量之和的体积比为0.14～7:1。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三有机溶剂为乙醇或甲醇。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的反应条件为：反应温度为130～160℃，反应时间为5～48h。
10.一种采用权利要求1-9任一方法制备的Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂，其特征在于，所述Ta3N5/Bi2MoO6具有壳核纳米纤维结构，Bi2MoO6纳米片或纳米颗粒均匀生长于Ta3N5纳米纤维表面，其中作为核的所述Ta3N5纳米纤维的直径为150～300nm，长度达80～150μm；作为壳的所述Bi2MoO6纳米片的厚度为5～15nm，长度为50～100nm；作为壳的所述Bi2MoO6纳米颗粒的粒度为50～80nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510234340.5A CN104815684B (zh) | 2015-05-08 | 2015-05-08 | 一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510234340.5A CN104815684B (zh) | 2015-05-08 | 2015-05-08 | 一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104815684A true CN104815684A (zh) | 2015-08-05 |
| CN104815684B CN104815684B (zh) | 2017-05-03 |
Family
ID=53726305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510234340.5A Active CN104815684B (zh) | 2015-05-08 | 2015-05-08 | 一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104815684B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105536772A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-04 | 东南大学 | 一种异质结纳米光催化材料的制备方法及该材料的应用 |
| CN108017112A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-11 | 长兴科创科技咨询有限公司 | 一种磁性污水处理剂的制备方法 |
| CN108059887A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-22 | 长兴科创科技咨询有限公司 | 一种纳米磁性涂料 |
| CN108102480A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-01 | 长兴科创科技咨询有限公司 | 一种纳米磁性涂料的制备方法 |
| CN109590005A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-09 | 江苏大学 | 一种高电子传输型核壳ZnIn2S4纳米片/Ta3N5复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN111790424A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-20 | 上海交通大学 | 具有对可见光高效吸收的光催化剂及其制备方法和用途 |
| CN113559842A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-29 | 辽宁大学 | 一种钛酸锶/钼酸铋异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法和应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130276873A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | California Institute Of Technology | High level injection systems |
| CN104043471A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-09-17 | 东华大学 | 一种石墨烯/Ta3N5复合光催化剂的制备方法 |
-
2015
- 2015-05-08 CN CN201510234340.5A patent/CN104815684B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130276873A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | California Institute Of Technology | High level injection systems |
| CN104043471A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-09-17 | 东华大学 | 一种石墨烯/Ta3N5复合光催化剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| YANLONG TIAN ET AL.: "Solvothermal synthesis and enhanced visible light photocatalytic activity of novel graphitic carbon nitride-Bi2MoO6 heterojunctions", 《POWDER TECHNOLOGY》 * |
| 李欣欣等: "Cu2O/Bi2MoO6光催化剂的制备、表征与性质研究", 《环境污染与防治》 * |
| 陈敏: "钽基多孔纳米纤维的涉及、调控及光催化制氢性能", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105536772A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-04 | 东南大学 | 一种异质结纳米光催化材料的制备方法及该材料的应用 |
| CN105536772B (zh) * | 2015-12-23 | 2018-03-20 | 东南大学 | 一种异质结纳米光催化材料的制备方法及该材料的应用 |
| CN108017112A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-11 | 长兴科创科技咨询有限公司 | 一种磁性污水处理剂的制备方法 |
| CN108059887A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-22 | 长兴科创科技咨询有限公司 | 一种纳米磁性涂料 |
| CN108102480A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-01 | 长兴科创科技咨询有限公司 | 一种纳米磁性涂料的制备方法 |
| CN109590005A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-09 | 江苏大学 | 一种高电子传输型核壳ZnIn2S4纳米片/Ta3N5复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN109590005B (zh) * | 2018-12-14 | 2021-10-12 | 江苏大学 | 一种高电子传输型核壳ZnIn2S4纳米片/Ta3N5复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN111790424A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-20 | 上海交通大学 | 具有对可见光高效吸收的光催化剂及其制备方法和用途 |
| CN113559842A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-29 | 辽宁大学 | 一种钛酸锶/钼酸铋异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104815684B (zh) | 2017-05-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104815684A (zh) | 一种Ta3N5/Bi2MoO6异质结纤维光催化剂及其制备方法 | |
| Zou et al. | Lanthanum orthovanadate/bismuth oxybromide heterojunction for enhanced photocatalytic air purification and mechanism exploration | |
| Tian et al. | Carbon quantum dots/hydrogenated TiO2 nanobelt heterostructures and their broad spectrum photocatalytic properties under UV, visible, and near-infrared irradiation | |
| Zhang et al. | Self-assembled 3-D architectures of BiOBr as a visible light-driven photocatalyst | |
| CN102580739B (zh) | 一种石墨烯/钼酸银复合可见光催化剂及其制备方法 | |
| CN109603880A (zh) | 中空管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Sun et al. | Hierarchical heterostructures of p-type bismuth oxychloride nanosheets on n-type zinc ferrite electrospun nanofibers with enhanced visible-light photocatalytic activities and magnetic separation properties | |
| CN105664979B (zh) | 一种纳米介孔微球状Ln-Bi5O7I光催化剂及其制备方法 | |
| CN105536819B (zh) | 一种石墨烯/硫化锑复合光催化剂的制备方法 | |
| CN108579727A (zh) | 一种石墨烯量子点-钨酸铋复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN103301860B (zh) | 多壁碳纳米管负载磷酸银可见光光催化剂的制备方法 | |
| CN108262054A (zh) | 一种钒酸银/多孔氮化碳异质结复合光催化剂的制备方法 | |
| CN105664922B (zh) | 碳修饰TiO2/WO3复合纳米纤维光催化剂、制备方法及应用 | |
| She et al. | Facile preparation of mixed-phase CdS and its enhanced photocatalytic selective oxidation of benzyl alcohol under visible light irradiation | |
| CN101993043A (zh) | BiOBr微米球可见光光催化剂及其制备方法 | |
| CN106076389A (zh) | 钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的制备方法及应用 | |
| CN106732686B (zh) | 一种硫化铟掺杂溴氧化铋复合光催化剂的制备方法 | |
| CN104525186A (zh) | 具有异质结构的球状钼酸铋纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN104971720A (zh) | 一种钨酸铋纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN105478142A (zh) | 一种硫化铟介孔空心微球光催化剂及其制备方法和用途 | |
| CN106861763A (zh) | 一种In2S3‑TiO2/电纺纤维复合光催化剂的制备方法 | |
| CN105013511A (zh) | 一种以聚乙烯吡咯烷酮为分散剂的硫化镉量子点/碳纳米管光催化剂的制备方法 | |
| Zhao et al. | Polyoxometalates-doped Bi2O3–x/Bi photocatalyst for highly efficient visible-light photodegradation of tetrabromobisphenol A and removal of NO | |
| CN104826643A (zh) | 一种Ta3N5/CdS异质结纤维光催化剂及其制备方法 | |
| CN109985644A (zh) | 一种高效降解水中有机染料的光催化剂及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |