CN107626333A - 一步水热法合成的三元复合光催化材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种简单的一步水热法合成非贵金属修饰的异质结构的三元复合光催化材料及其制造方法，可以简化合成步骤降低生产成本，同时可以提高催化材料的染料降解性能，该催化材料名称标记为BiOCl/Bi2MoO6/Bi。本发明与现有技术对比的有益效果是：实现了一步水热法即可制备金属修饰的异质结构的三元光催化材料的新途径，简化了合成步骤，降低了生产成本。

Description

一步水热法合成的三元复合光催化材料
技术领域
本发明涉及属于光催化材料技术领域，尤其涉及一种一步水热法合成的三元复合光催化材料。
背景技术
当前，有机污染物所造成的环境污染问题已经成为人类可持续发展所面临的重大问题，越来越受到世界各国的高度重视。光催化技术催化活性和稳定性高, 价格便宜，环境友好，在环境污染控制领域大有作为。利用光催化技术不仅可以处理各种有机污染物，具有很好的杀菌和抑制病毒活性的作用，而且对人体和生物没有危害，这对从根源上分解有害污染物，治理环境污染问题具有重要的现实意义。因此，光催化技术具有广阔的应用前景。
目前光催化剂的研究结果表明单一相的半导体催化剂自身光生电子空穴的复合几率很高，往往表现出的催化活性也不理想。而构建异质结光催化材料可以提高光催化效率。因为具有不同能带结构的半导体复合可影响光催化剂粒子的大小和半导体的能带结构，相应的提高光生电子和空穴的分离效果，扩展光谱响应的范围，从而表现出更好的稳定性和更高的光催化活性。此外，将贵金属或贵金属氧化物沉积到半导体材料表面上也是提高光催化剂的催化活性的一种方法。因为金属与半导体接触后会形成肖特基结，它们具有不同的费米能级，当两者发生接触时，电子就会从半导体流向金属，直到两者的费米能级相等如此，金属表面将带负电，而半导体表面上则会带正电，促使光催化反应发生。研究表明，贵金属如Au,Pd,Pt和Ag可以有效捕获光生电子，提高光生电子和空穴分离效率，从而获得更高的光催化反应效率。但是这些贵金属价格较贵，作为助催化剂会大大提高成本。而半金属Bi广泛存在于自然界中，价格相对较低，而且Bi作为助催化剂也已经得到了广泛的认可和研究。
在目前已经报道的技术中，同时构建异质结和金属修饰的三元光催化复合材料需要经过两步法或者多步法，工艺复杂，成本较高。而采用一步法合成非贵金属修饰的异质结构的三元复合光催化材料目前还无法实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，采用简单的一步水热法合成非贵金属修饰的异质结构的三元复合光催化材料及其制造方法，可以简化合成步骤降低生产成本，同时可以提高催化材料的染料降解性能。
本发明的三元复合光催化材料采用以下技术方案：
所述三元复合光催化材料包括如下组分:五水合硝酸铋（Bi(NO3)3·5H2O），氯化钾（KCl），二水合钼酸钠（Na2MoO4·2H2O），乙二醇（EG），水（H2O）和丙三醇（GLY）。
本发明所述的光催化材料，其特征以EG为溶剂，采用简单的一步水热法即可制备半金属Bi修饰的异质结构的三元光催化材料，名称标记为BiOCl/Bi2MoO6/Bi。
本发明所述的光催化材料，在可见光的照射下，对罗丹明b染料的光降解效率比其对照的二元光催化材料BiOCl/Bi2MoO6和BiOCl/Bi高。主要因为异质结构和金属沉积的协同作用。
本发明与现有技术对比的有益效果是：实现了一步水热法即可制备金属修饰的异质结构的三元光催化材料的新途径，简化了合成步骤，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例3所得的所得的光催化材料为例进行材料多晶样品衍射分析图。
图2 （a）不同样品对罗丹明b染料的光催化降解曲线；（b）三种样品降解罗丹明b染料相对应的反应动力学曲线。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
称取一定质量的Bi(NO3)3·5H2O (1.4552 g)于60 mL EG中，在磁力搅拌器下搅拌10min，随后加入0.2236 g KCl，室温下继续搅拌30 min。随后在搅拌下加入0.0242 gNa2MoO4·2H2O，反应30 min后将反应液转移高高压反应釜中，放置于均相反应器中，升温到180℃反应12 h。然后自然冷却至室温，将得到的产物进行抽滤，用水和乙醇分别洗涤三次，放置于干燥箱于60℃下干燥12 h。取出研细后即可得到合成三元复合光催化材料。
实施例2
称取一定质量的Bi(NO3)3·5H2O (1.4552 g)于60 mL EG中，在磁力搅拌器下搅拌10min，随后加入0.0242 g KCl，室温下继续搅拌30 min。之后在搅拌下加入0.0726 gNa2MoO4·2H2O，反应30 min后将反应液转移高高压反应釜中，放置于均相反应器中，升温到180℃反应12 h。然后自然冷却至室温，将得到的产物进行抽滤，用水和乙醇分别洗涤三次，放置于干燥箱于60℃下干燥12 h。取出研细后即可得到合成三元复合光催化材料。
实施例3
称取一定质量的Bi(NO3)3·5H2O (1.4552 g)于60 mL EG中，在磁力搅拌器下搅拌10min，随后加入0.1210 g KCl，室温下继续搅拌30 min。之后在搅拌下加入0.1210 gNa2MoO4·2H2O，反应30 min后将反应液转移高高压反应釜中，放置于均相反应器中，升温到180℃反应12 h。然后自然冷却至室温，将得到的产物进行抽滤，用水和乙醇分别洗涤三次，放置于干燥箱于60℃下干燥12 h。取出研细后即可得到合成三元复合光催化材料。
实施例4
称取一定质量的BiOCl (0.7813 g)于60 mL GLY中，在磁力搅拌器下搅拌10 min，随后加入0.1694 g Na2MoO4·2H2O，继续搅拌30 min。然后将反应液转移高高压反应釜中，放置于均相反应器中，升温到180℃反应12 h。然后自然冷却至室温，将得到的产物进行抽滤，用水和乙醇分别洗涤三次，放置于干燥箱于60℃下干燥12 h。取出研细后即可得到所需对照的二元复合光催化材料样品BiOCl/Bi。
实施例5
称取一定质量的BiOCl (0.7813 g)于60 mL GLY中，在磁力搅拌器下搅拌10 min，随后加入0.2178 g Na2MoO4·2H2O，继续搅拌30 min。然后将反应液转移高高压反应釜中，放置于均相反应器中，升温到180℃反应12 h。然后自然冷却至室温，将得到的产物进行抽滤，用水和乙醇分别洗涤三次，放置于干燥箱于60℃下干燥12 h。取出研细后即可得到所需对照的二元复合光催化材料样品BiOCl/Bi。
选取实施例4所获得的Mn4+离子激活Li2CdSiO4荧光材料样品进行分析检测，如图1、图2以及空气气氛下制备Mn4+激活荧光材料结构信息表所示，表明本发明在空气气氛下制备Mn4+离子激活荧光材料和制备方法是可行的，可以避免使用H2等还原气氛，而且本发明制备工艺简单，在保证制备纯度的同时保证材料的荧光性能。
以实施例3所得的所得的光催化材料为例进行材料多晶样品衍射分析，如图1所示，从图1a可以看出，BiOCl、Bi2MoO6和Bi的相可以同时被检测到，证明所得到的光催化剂为三元复合材料。另外，得到的三元复合光催化材料所有的衍射峰均与标准卡片图1b Bi（JCPDS 85-1329）、图1c Bi2MoO6（JCPDS 72-1524）、图1d BiOCl（JCPDS 82-0485）完全匹配，证明所合成的样品为没有其他杂质存在。
由图2a可以看出，在可见光的照射下，BiOCl/Bi2WO6/Bi三元复合体系比其相对应的二元光催化剂BiOCl/Bi2WO6和BiOCl/Bi对罗丹明b染料有着更好的降解性能。光照60 min之后，罗丹明b染料在BiOCl/Bi2WO6/Bi的存在下可以实现完全降解，而BiOCl/Bi2WO6和BiOCl/Bi对罗丹明b染料的降解率只有80.7%和72.8%。图2b 表示三种样品降解罗丹明b染料相对应的反应动力学曲线。从图中可以看出，在可见光照射下，三种样品（BiOCl/Bi2WO6，BiOCl/Bi2WO6/Bi，BiOCl/ Bi）对罗丹明b降解的反应动力学常数分别为0.0677 min-1、0.0207 min-1和0.0236 min-1。由此可见，三元光催化剂有着更好的染料降解性能，降解速率是其他染料的3倍。

Claims (8)

1.一步水热法合成的三元复合光催化材料，其特征在于：包括如下组分:五水合硝酸铋（Bi(NO3)3•5H2O），氯化钾（KCl），二水合钼酸钠 （Na2MoO4•2H2O），乙二醇（EG），水（H2O）和丙三醇（GLY）。
2.根据权利要求1所述的三元复合光催化材料，其特征在于，所述三元光催化材料是以EG为溶剂，采用简单的一步水热法即可制备半金属Bi修饰的异质结构的三元光催化材料，名称标记为BiOCl/Bi2MoO6/Bi。
3.根据权利要求1所述的三元复合光催化材料，其特征在于，所述的光催化材料，在可见光的照射下，对罗丹明b染料的光降解效率比其对照的二元光催化材料BiOCl/Bi2MoO6和BiOCl/Bi高。
4.一种权利要求1所述的三元复合光催化材料的制备方法，其特征在于，称取一定质量的Bi(NO3)3·5H2O (1.4552 g)于60 mL EG中，在磁力搅拌器下搅拌10 min，随后加入0.2236 g KCl，室温下继续搅拌30 min，随后在搅拌下加入0.0242 g Na2MoO4·2H2O，反应30 min后将反应液转移高高压反应釜中，放置于均相反应器中，升温到180℃反应12 h；然后自然冷却至室温，将得到的产物进行抽滤，用水和乙醇分别洗涤三次，放置于干燥箱于60℃下干燥12 h；取出研细后即可得到合成三元复合光催化材料。
5.一种权利要求1所述的三元复合光催化材料的制备方法，其特征在于，称取一定质量的Bi(NO3)3·5H2O (1.4552 g)于60 mL EG中，在磁力搅拌器下搅拌10 min，随后加入0.0242 g KCl，室温下继续搅拌30 min；之后在搅拌下加入0.0726 g Na2MoO4·2H2O，反应30 min后将反应液转移高高压反应釜中，放置于均相反应器中，升温到180℃反应12 h；然后自然冷却至室温，将得到的产物进行抽滤，用水和乙醇分别洗涤三次，放置于干燥箱于60℃下干燥12 h；取出研细后即可得到合成三元复合光催化材料。
6.一种权利要求1所述的三元复合光催化材料的制备方法，其特征在于，称取一定质量的Bi(NO3)3·5H2O (1.4552 g)于60 mL EG中，在磁力搅拌器下搅拌10 min，随后加入0.1210 g KCl，室温下继续搅拌30 min；之后在搅拌下加入0.1210 g Na2MoO4·2H2O，反应30 min后将反应液转移高高压反应釜中，放置于均相反应器中，升温到180℃反应12 h；然后自然冷却至室温，将得到的产物进行抽滤，用水和乙醇分别洗涤三次，放置于干燥箱于60℃下干燥12 h；取出研细后即可得到合成三元复合光催化材料。
7.一种权利要求1所述的三元复合光催化材料的制备方法，其特征在于，称取一定质量的BiOCl (0.7813 g)于60 mL GLY中，在磁力搅拌器下搅拌10 min，随后加入0.1694 gNa2MoO4·2H2O，继续搅拌30 min；然后将反应液转移高高压反应釜中，放置于均相反应器中，升温到180℃反应12 h；然后自然冷却至室温，将得到的产物进行抽滤，用水和乙醇分别洗涤三次，放置于干燥箱于60℃下干燥12 h；取出研细后即可得到所需对照的二元复合光催化材料样品BiOCl/Bi。
8.一种权利要求1所述的三元复合光催化材料的制备方法，其特征在于，称取一定质量的BiOCl (0.7813 g)于60 mL GLY中，在磁力搅拌器下搅拌10 min，随后加入0.2178 gNa2MoO4·2H2O，继续搅拌30 min；然后将反应液转移高高压反应釜中，放置于均相反应器中，升温到180℃反应12 h；然后自然冷却至室温，将得到的产物进行抽滤，用水和乙醇分别洗涤三次，放置于干燥箱于60℃下干燥12 h；取出研细后即可得到所需对照的二元复合光催化材料样品BiOCl/Bi。
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