CN107200355A - 一种制备Bi2WO6纳米片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备Bi2WO6纳米片的方法，包括如下步骤：1)将柠檬酸铋铵溶液滴加到钨酸钠溶液中；所述柠檬酸铋铵溶液的摩尔浓度0.2～0.6mol/L，所述钨酸钠溶液的摩尔浓度0.1～0.3mol/L；2)继续滴加NaOH溶液和PVA溶液，混合后进行水热反应，过滤，清洗，得到Bi2WO6纳米片；所述NaOH溶液的摩尔浓度0.1～3mol/L，所述PVA溶液的摩尔浓度0.01～0.1mol/L。该方法制备得到的Bi2WO6纳米片的形貌好，尺寸均一。

Description

一种制备Bi2WO6纳米片的方法
技术领域
本发明涉及Bi2WO6的合成领域，具体涉及一种制备Bi2WO6纳米片的方法。
背景技术
自从1972年，Fujishima和Honda研究发现当单晶TiO2作阳极，Pt作阴极在可见光照射下可以将水分解为氢气和氧气以来，广大科学工作者就开始关注利用太阳能进行光催化的研究。
光催化剂的研究进程己经在过去的几十年里得到了极大地提升。如掺杂V和N的TiO2纳米管、CeO2、MgO和TiO2的复合材料等，但是许多有效的光催化剂只对紫外光敏感，而紫外光只占到达地球表而的太阳能能量中的较小一部分，仅能利用4％左右的太阳能。因此，为了高效利用太阳能，发展具有可见光响应性的新型光催化剂成为了近几年的研究热点。
Bi2WO6作为一种新型光催化剂，是Aurivils家族最简单的化合物。Bi2WO6是由共角的WO6八面体层和[Bi2O2]2+离子层相互交替构成的层状结构。钨酸铋的导带是由W5d轨道组成，而价带则是由Bi6s和O2p轨道杂化组成的。由于Bi6s轨道和O2p轨道杂化使得光催化剂的价带(VB)电位升高，有效地减少了半导体禁带宽度(Eg)，从而使得光催化剂能在420～470nm的可见光区域进行响应。其带隙能约2.69eV左右，Bi2WO6的价带电位3.18eV，导带电位0.54eV，带电位高，光生空穴具有很强的氧化能力，能有效地降解各类污染物。2004年Tang等首次报道了Bi2WO6在可见光照射下可以降解有机污染物CHC13和CH3CHO，具有良好的催化活性。
由于Bi2WO6具备如压电、铁电、热释电及催化等物理化学性能，使其在离子半导体、铁磁材料、催化等诸多领域有着广泛的应用，近几年备受学者的广泛关注。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备Bi2WO6纳米片的方法，该方法制备得到的Bi2WO6纳米片的形貌好，尺寸均一。
一种制备Bi2WO6纳米片的方法，包括如下步骤：
1)将柠檬酸铋铵溶液滴加到钨酸钠溶液中；所述柠檬酸铋铵溶液的摩尔浓度0.2～0.6mol/L，所述钨酸钠溶液的摩尔浓度0.1～0.3mol/L；
2)继续滴加NaOH溶液和PVA溶液，混合后进行水热反应，过滤，清洗，得到Bi2WO6纳米片；所述NaOH溶液的摩尔浓度0.1～3mol/L，所述PVA溶液的摩尔浓度0.01～0.1mol/L。
上述技术方案中，以钨酸钠和柠檬酸铋铵为反应物料，以NaOH为矿化剂，PVA为表面活性剂，最终实现了Bi2WO6纳米片的制备。作为铋源的柠檬酸铋铵在引入的Bi3+的同时也引入了柠檬酸铵根离子，其与Bi3+有较强的相互作用力，使得柠檬酸铵根离子会选择性吸附在晶胞特定晶面造成各向异性生长，进而影响合成形貌，形成Bi2WO6纳米片。
另外，加入一定量的氢氧化钠，使得混合溶液显示一定的碱性，形核点数量增加，而且PVA有较强的氢键，可在特定晶面形成较强的氢键，起到表面活性剂的作用，使得最终形成较大的二维纳米片，其厚度约为30nm，大小为200～400nm。
优选的，所述柠檬酸铋铵溶液、钨酸钠溶液、PVA溶液与NaOH溶液的体积比为13～17:13～17:3～7:5。
优选的，所述柠檬酸铋铵溶液的摩尔浓度0.30～0.40mol/L。
优选的，所述钨酸钠溶液的摩尔浓度0.15～0.20mol/L。
优选的，所述NaOH溶液的摩尔浓度1.4～1.8mol/L，所述PVA溶液的摩尔浓度0.04～0.06mol/L。
优选的，所述水热反应的反应温度为180～250℃，反应时间为12～32h。
优选的，所述水热反应的反应温度为190～200℃，反应时间为20～24h。
优选的，所述清洗为：将过滤得到的产物依次用稀醋酸、去离子水和乙醇反复清洗。进一步优选为三次。用稀醋酸对水热合成产物的清洗是为了将前驱体中混入二氧化碳所形成的CO3 2-、HCO3 -去除，用去离子水清洗是为了将反应物料引入的钠离子、柠檬酸铵根离子与合成的Bi2WO6纳米片充分分离。
作为优选，所述钨酸钠溶液的摩尔浓度0.19～0.20mol/L，柠檬酸铋铵溶液的摩尔浓度0.39～0.40mol/L，NaOH溶液的浓度1.5～1.7mol/L，PVA溶液的浓度0.04～0.06mol/L；所述柠檬酸铋铵溶液、钨酸钠溶液、PVA溶液与NaOH溶液的体积比为14～16:14～16:4～6:5。所述水热反应的反应温度195～200℃，反应时间20～21h。在上述的条件下，所得Bi2WO6纳米片的形貌最好，质量稳定，粉体颗粒分散性好。
优选的，所述步骤1)和步骤2)中的滴加速度1～2滴/秒。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明工艺过程简单，易于控制，无环境污染，成本低，易于规模化生产。
(2)本发明制得的Bi2WO6纳米片的厚度约为30nm，大小为200～400nm，产物质量稳定，粉体颗粒分散性好。
附图说明
图1为实施例2合成的Bi2WO6纳米片的X射线衍射图；
图2为实施例2合成的Bi2WO6纳米片的扫描电子显微镜图；
图3为对比例1合成的Bi2WO6纳米片和金属Bi混合物的X射线衍射图；
图4为对比例1合成的Bi2WO6纳米片和金属Bi混合物的扫描电子显微镜图；
图5为实施例2合成的Bi2WO6纳米片降解罗丹明B的降解图；
图6为罗丹明B的自降解图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
1)将1.5mmol二水钨酸钠溶解于15ml去离子水中，使得二水钨酸钠溶液的摩尔浓度0.10mol/L；
2)将3mmol柠檬酸铋铵溶解于15ml去离子水中，使得柠檬酸铋铵溶液的摩尔浓度0.20mol/L；向5ml去离子水中加入一定量的NaOH片剂，使得其浓度为0.8mol/L；将0.10mmol的PVA溶于5ml去离子水中；
将柠檬酸铋铵溶液以1～2滴/秒的速度滴加到钨酸钠溶液中，并将NaOH溶液、PVA溶液以相同的滴加速率依次滴加到上述混合溶液中，搅拌30min后，在180℃下保温12小时进行热处理。然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用稀醋酸、去离子水和乙醇清洗三次，60℃温度下烘干，得到Bi2WO6纳米片。
实施例2
1)将3mmol二水钨酸钠溶解于15ml去离子水中，使得二水钨酸钠溶液的摩尔浓度0.20mol/L；
2)将6mmol柠檬酸铋铵溶解于15ml去离子水中，使得柠檬酸铋铵溶液的摩尔浓度0.40mol/L；向5ml去离子水中加入一定量的NaOH片剂，使得其浓度为1.6mol/L；将0.25mmol的PVA溶于5ml去离子水中；
将柠檬酸铋铵溶液以1～2滴/秒的速度滴加到钨酸钠溶液中，并将NaOH溶液、PVA溶液以相同的滴加速率依次滴加到上述混合溶液中，搅拌30min后，在200℃下保温20小时进行热处理。然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用稀醋酸、去离子水和乙醇清洗三次，60℃温度下烘干，得到Bi2WO6纳米片。
所合成的Bi2WO6纳米片的X射线衍射图，如图1所示；扫描电子显微镜SEM照片如图2所示，制得的Bi2WO6纳米片厚度约为30nm，大小为200～400nm。
实施例3
1)将4.5mmol二水钨酸钠溶解于15ml去离子水中，使得二水钨酸钠溶液的摩尔浓度0.30mol/L；
2)将9mmol柠檬酸铋铵溶解于15ml去离子水中，使得柠檬酸铋铵溶液的摩尔浓度0.60mol/L；向5ml去离子水中加入一定量的NaOH片剂，使得其浓度为3.0mol/L；将0.5mmol的PVA溶于5ml去离子水中；
将柠檬酸铋铵溶液以1～2滴/秒的速度滴加到钨酸钠溶液中，并将NaOH溶液、PVA溶液以相同的滴加速率依次滴加到上述混合溶液中，搅拌30min后，在250℃下保温32小时进行热处理。然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用稀醋酸、去离子水和乙醇清洗三遍，60℃温度下烘干，得到Bi2WO6纳米片。
对比例1
1)将3mmol二水钨酸钠溶解于15ml去离子水中，使得二水钨酸钠溶液的摩尔浓度0.20mol/L；
2)将6mmol柠檬酸铋铵溶解于15ml去离子水中，使得柠檬酸铋铵溶液的摩尔浓度0.40mol/L；
将柠檬酸铋铵溶液以1～2滴/秒的速度滴加到钨酸钠溶液中，并向内加入10ml去离子水。搅拌30min后，在200℃下保温20小时进行热处理。然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用稀醋酸、去离子水和乙醇清洗三次，60℃温度下烘干，得到Bi2WO6纳米片和金属Bi混合物。
所得产物的X射线衍射图，如图3所示；扫描电子显微镜SEM照片如图4所示。金属Bi的出现是因为：柠檬酸铵根离子引入的铵根离子在高温高压环境下具有一定的还原性，致使Bi3+被还原为金属Bi。
降解罗丹明B性能实验：
在10-5mol/L的60mL的罗丹明B溶液中加入0.2g实施例2所制备的Bi2WO6纳米片，暗搅拌60min后在可见光下照射，每隔一定时间取一次样，所得紫外-可见吸收光谱如图5所示。
另作一空白组，不添加任何催化剂，进行罗丹明B可见光自降解实验，所得紫外-可见吸收光谱如图6所示。
通过对比可知，本方法所制备的Bi2WO6纳米片粉体具有比较好的可见光光催化性能。

Claims (8)

1.一种制备Bi2WO6纳米片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将柠檬酸铋铵溶液滴加到钨酸钠溶液中；所述柠檬酸铋铵溶液的摩尔浓度0.2～0.6mol/L，所述钨酸钠溶液的摩尔浓度0.1～0.3mol/L；
2)继续滴加NaOH溶液和PVA溶液，混合后进行水热反应，过滤，清洗，得到Bi2WO6纳米片；所述NaOH溶液的摩尔浓度0.1～3mol/L，所述PVA溶液的摩尔浓度0.01～0.1mol/L。
2.根据权利要求1所述的制备Bi2WO6纳米片的方法，其特征在于，所述柠檬酸铋铵溶液、钨酸钠溶液、PVA溶液与NaOH溶液的体积比为13～17:13～17:3～7:5。
3.根据权利要求1所述的制备Bi2WO6纳米片的方法，其特征在于，所述柠檬酸铋铵溶液的摩尔浓度0.30～0.40mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备Bi2WO6纳米片的方法，其特征在于，所述钨酸钠溶液的摩尔浓度0.15～0.20mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备Bi2WO6纳米片的方法，其特征在于，所述水热反应的反应温度为180～250℃，反应时间为12～32h。
6.根据权利要求1所述的制备Bi2WO6纳米片的方法，其特征在于，所述水热反应的反应温度为190～200℃，反应时间为20～24h。
7.根据权利要求1所述的制备Bi2WO6纳米片的方法，其特征在于，所述清洗为：将过滤得到的产物依次用稀醋酸、去离子水和乙醇反复清洗。
8.根据权利要求1所述的制备Bi2WO6纳米片的方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤2)中的滴加速度1～2滴/秒。
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