CN104888835A - 一种bn/wo3复合光催化材料的制备方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合光催化材料的制备，特指一种BN/WO3复合光催化材料的制备方法及其用途。本发明将煅烧法应用于复合催化剂的制备，解决了WO3光催化性能较差的难题。该复合光催化剂是由质量比为0.1:99-10:90的BN和WO3复合而成，制备步骤如下：将硼酸和尿素溶解后恒温加热至水完全蒸发，得到的干燥的混合物在氮气（N2）中高温煅烧，得到均匀的BN纳米片，然后以钨酸铵为前躯体采用煅烧法制备单体WO3，将制备得到的BN纳米片与WO3混合煅烧可以获得不同比例的BN/WO3复合光催化剂。本发明以BN纳米片为基体，采用煅烧法合成了BN/WO3复合光催化剂，制备方法简单，操作容易，对环境无污染，对可见光下的有机污染物降解方面具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及复合光催化材料的制备，特指一种BN/WO3复合光催化材料的制备方法及其用途，属于复合材料制备及光催化技术应用领域。
背景技术
随着工业的快速发展和社会的巨大进步，环境污染处理和能源匮乏成为新世纪人们实现可持续发展亟需解决的问题；而光催化技术是公认的一种解决能源短缺与环境污染问题的有效途径之一，它能够有效利用光能在半导体内激发产生的电子与空穴对来催化和氧化化学反应，并具有节能、高效和环保等优点，因而得到国际材料、物理和化学科学等领域众多科学家们的巨大关注。
WO3作为p型半导体材料的过渡金属氧化物，具有相对较小的带隙能（2.6eV），在可见光区有相对较强的吸收（大约可以吸收太阳光的12%）；除此之外，WO3在非常强的酸性溶液中具有较强的抗腐蚀性，被认为是光解水制氢方面新一代的光催化剂；然而，单纯的WO3在可见光下的催化降解能力并不好，需要对其进行复合改性以提高光电分离效率进而增强其催化活性。
发明内容
本发明的目的在于克服传统光催化材料低的太阳光利用率，高的电子-空穴复合率等缺点，提供一种可见光响应型BN/WO3复合光催化剂的制备方法与应用。本发明利用氮化硼作为光生电子的载体，抑制电子空穴的复合率，进而提高其分离效率，从而提高复合光催化剂的光催化活性。
本发明提供一种可见光响应的BN/WO3复合光催化剂，其特征在于制备步骤如下：将BN纳米片和WO3 混合后置于马弗炉中煅烧。
进一步地，所述BN纳米片和WO3的质量比为1:99-10:90。
进一步地，所述BN纳米片和WO3的质量比为5:95。
进一步地，所述BN纳米片的制备方法如下：
（1）将质量比为1:24的硼酸和尿素在蒸馏水中溶解，恒温加热至水完全蒸发得到干燥的混合物。
（2）在氮气氛围中将干燥的混合物程序升温至900℃煅烧5h得到BN纳米片。
进一步地，所述WO3的制备方法如下：将钨酸铵置于方舟中，程序升温至550℃下煅烧4h得到单体WO3。
进一步地，所述将BN纳米片和WO3 混合后置于马弗炉中煅烧指：分别称取BN 和WO3在研钵中混合研磨，再置于马弗炉中450℃下煅烧4 h，得到BN/WO3复合光催化剂。
本发明技术方案的应用实施，其显著优点在于：
（1）采用氮化硼纳米片为基体，与p型半导体材料WO3复合，降低半导体光催化材料表面能量势垒，有利于光生电子和空穴的有效分离，提高光催化剂的催化活性，并扩展了光催化技术在环境治理和太阳能转换方面的应用。
（2）采用煅烧法制备复合催化剂，方法过程简单、成本较低，可用于大量制备。
附图说明
图1为复合催化剂BN/WO3在可见光下降解罗丹明B的曲线图。
图2为所制得BN/WO3复合光催化剂的XRD图。
图3A为所制备的WO3透射电镜图，图3B为BN/WO3透射电镜图。
图4所制得BN/WO3复合光催化剂的IR图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1：BN/WO3的控制合成及其光催化性能研究，包括以下步骤：
（1）将0.1g硼酸和2.4g尿素溶解在40 ml蒸馏水中，加热至65℃恒温，直至水完全蒸发。
（2）将干燥的混合物在900℃的条件下在氮气（N2）中高温煅烧5个小时后，得到均匀的BN纳米片。
（3）将2 g 钨酸铵置于方舟中，放入马弗炉内，温度控制在550℃下煅烧4h，得到单体WO3。
（4）分别称取0.05 g BN 和0.95 g WO3在研钵中混合研磨30 min，再置于马弗炉中450℃下煅烧4 h，得到BN/WO3。
实施例2：BN/WO3的控制合成及其光催化性能研究，包括以下步骤：
（1）将0.1g硼酸和2.4g尿素溶解在40 ml蒸馏水中，加热至65℃恒温，直至水完全蒸发。
（2）将干燥的混合物在900℃的条件下在氮气（N2）中高温煅烧5个小时后，得到均匀的BN纳米片。
（3）将2 g 钨酸铵置于方舟中，放入马弗炉内，温度控制在550℃下煅烧4 h，得到单体WO3。
（4）分别称取0.01 g BN 和0.99 g WO3在研钵中混合研磨30 min，再置于马弗炉中450℃下煅烧4 h，得到BN/WO3。
实施例3：BN/WO3的控制合成及其光催化性能研究，包括以下步骤：
（1）将0.1g硼酸和2.4g尿素溶解在40 ml蒸馏水中，加热至65℃恒温，直至水完全蒸发。
（2）将干燥的混合物在900℃的条件下在氮气（N2）中高温煅烧5个小时后，得到均匀的BN纳米片。
（3）将2 g 钨酸铵置于方舟中，放入马弗炉内，温度控制在550℃下煅烧4h，得到单体WO3。
（4）分别称取0.03 g BN 和0.97 g WO3在研钵中混合研磨30 min，再置于马弗炉中450℃下煅烧4h，得到BN/WO3。
图1为实例1、2、3所制备出的不同BN纳米片含量的BN/WO3复合可见光催化剂在可见光下对浓度为10 mg/L的罗丹明B光催化降解曲线图.
从图中可以看出，在光照3 h后，单体WO3对RhB的光催化降解效率仅为20%,而相同条件下实例1所制备的BN纳米片质量含量为5 wt% 的复合催化剂BN/WO3作用时，其光催化降解RhB的催化活性明显提高，可达到82%，是单体WO3催化活性的4倍，也高于实例2、3所制备的复合催化剂，其原因适量的BN纳米片与WO3相互作用可将RhB分子聚集在WO3颗粒周围，同时具有二维结构的BN纳米片抑制了表面WO3颗粒的团聚，减小其纳米尺寸，钝化表面势垒，提供了较多的表面活性位点，促进表面的催化反应,由此可见，实例1所合成的复合光催化剂显著的提升了WO3的光催化性能。
图2为所制备出的BN/WO3复合光催化剂的X-射线衍射图谱，从图中可以看出复合催化剂BN/WO3 样品中WO3的衍射峰并未发生偏移，这说明掺杂没有引起WO3晶相的变化，样品仍为单斜晶型，另外复合催化剂中未出现 BN的特征峰，这主要是由于 BN 纳米片处于高度分散状态或其浓度较低，超出了 XRD 的检测极限。
图3A为所制备的单体WO3的透射电镜图，整体成不规则的块状结构，尺寸在50-200 nm之间。
图3B为BN/WO3透射电镜图，可以看到边缘的薄层为BN纳米片，其与不规则块状WO3相互作用明显抑制了WO3颗粒的堆积，减小了颗粒尺寸使其控制在50-100 nm范围。
图4为所制备的单体BN、WO3和BN/WO3光催化剂的红外光图谱，从图上可以看出，h-BN样品的两个特征吸收峰分别在1378cm-1和805cm-1处，分别对应于B-N的伸缩振动峰和B-N-B的伸缩振动峰。纯WO3在820 cm-1出现特征吸收峰，这对应于单斜晶系WO3的O-W-O伸缩振动，这些代表BN和WO3的特征峰都可以在复合光催化剂BN/WO3中找到，这表明了该方法成功制备了复合光催化剂BN/WO3。
Claims (7)
1.一种BN/WO3复合光催化材料的制备方法，其特征在于：其特征在于制备步骤如下：将BN纳米片和WO3 混合后置于马弗炉中煅烧。
2.如权利要求1所述的一种BN/WO3复合光催化材料的制备方法，其特征在于：所述BN纳米片和WO3的质量比为1:99-10:90。
3.如权利要求2所述的一种BN/WO3复合光催化材料的制备方法，其特征在于：所述BN纳米片和WO3的质量比为5:95。
4.如权利要求1所述的一种BN/WO3复合光催化材料的制备方法，其特征在于：所述BN纳米片的制备方法如下：
（1）将质量比为1:24的硼酸和尿素在蒸馏水中溶解，恒温加热至水完全蒸发得到干燥的混合物；
（2）在氮气氛围中将干燥的混合物程序升温至900℃煅烧5h得到BN纳米片。
5.如权利要求1所述的一种BN/WO3复合光催化材料的制备方法，其特征在于：所述WO3的制备方法如下：将钨酸铵置于方舟中，程序升温至550℃下煅烧4h得到单体WO3。
6.如权利要求1所述的一种BN/WO3复合光催化材料的制备方法，其特征在于：所述将BN纳米片和WO3 混合后置于马弗炉中煅烧指：分别称取BN 和WO3在研钵中混合研磨，再置于马弗炉中450℃下煅烧4 h，得到BN/WO3复合光催化剂。
7.如权利要求1所述制备方法制备的BN/WO3复合光催化材料在可见光下降解罗丹明B的用途。
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