CN108479812A - 一种AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片的制备方法和应用 - Google Patents
一种AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片的制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片的制备方法和应用。将等摩尔比的AgNO3和InCl3混合与硫脲、Bi2WO6水热反应获得的微观结构为片状纳米级异质结结构的材料。该AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片应用在催化降解污染物上。本发明的AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片，具有较小的禁带宽度，同时由于其微观结构呈片状，使得制备的材料具有较大的比表面积，吸附能力强；对光催化氧化降解有机污染物能力有很大的提高，具有更好的可见光吸收性能；工艺比较简单，易于操作，同时又可应用于工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于治理环境污染的半导体光催化剂。
背景技术
能源危机和环境问题已是人类必须要面临的两个严峻问题，如何有效的控制和治理各种化学污染物对环境的污染是环境综合治理中的重点。近些年，作为高级氧化技术之一的半导体光催化氧化技术，正受到国内外学者的广泛研究，这种技术可以以太阳能作为能源来降解环境中的污染物，有效的利用太阳能，降低人们的能源利用。
半导体光催化氧化技术始于日本科学家Fujishima和Honda发现受光辐照的TiO2单晶电极可以将H2O分解，利用TiO2半导体光催化剂将光能转化为电能和化学能就成为半导体光催化领域的研究热点。然而，锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，其激发波长为387.5nm，属于太阳光中的紫外光范围。而对于太阳能，其主要能量集中于400～600nm的可见光范围，这大大减少了TiO2半导体光催化剂的效率，因此，开发出对可见光响应的新型的半导体材料是半导体光催化剂研究的重点内容之一。
在众多的新开发的半导体光催化剂中，研究者开发了二元金属硫化物，发现该类催化剂具有较小的禁带宽度，能充分的利用太阳光，是一类有前景的光催化剂。但是随着研究的深入，大多数的二元硫化物出现稳定性差，易光腐蚀，限制了其发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有可见光响应的稳定性较好的AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片制备和应用。本发明通过改进制备方法，合成了半导体光催化剂AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片，该AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片有效地提高了对有机污染物的光催化氧化能力。
本发明采用如下技术方案：将等摩尔比的AgNO3和InCl3混合与硫脲、Bi2WO6水热反应获得的微观结构为片状纳米级异质结结构的材料。
具体地，本发明的AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片的制备方法包括以下步骤：
S1.配制AgNO3溶液，加入等摩尔InCl3和过量硫脲搅拌至形成透明均匀溶液，将Bi2WO6按照质量百分比10-50％加入上述溶液，搅拌30分钟；
S2.将步骤S1获得的溶液转移至高压釜中，在1.32～1.59atm、120～200℃温度下，水热反应6～48h，反应结束自然冷却至室温；
S3.将步骤S2获得的产物过滤，取沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片。
进一步的，所述的硫脲与AgNO3的摩尔比为2.5：1。
进一步的，所述的AgNO3溶液是将AgNO3在水或乙醇溶剂中混合，AgNO3与水或乙醇溶剂的体积比为1：1920。
进一步的，所述Bi2WO6的制备方法为：称取1mmolNa2WO4·2H2O，1.98mmol Bi(NO3)·5H2O混合，注入100mL去离子水，并在磁力搅拌器上匀速搅拌30分钟，得混合溶液，搅拌结束后，将混合溶液全部转移注入到高温反应釜中，在180℃的条件下加热24小时后自然冷却至室温，反应结束后，静置、倾出上清液，对产物进行过滤、洗涤、干燥，得到Bi2WO6。
本发明同时请求上述AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片在催化降解污染物上的应用，将AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片与污染物按质量比(10-50):1溶于置有污染物的溶液中，超声分散，然后在黑暗中磁力搅拌。
具体的应用方法为：将AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片与污染物按质量比(10-50):1溶于置有污染物的溶液中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min。搅拌完毕先取2mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度，然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算污染物的含量。
所述的污染物为四环素、苯酚等。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
①本发明的AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片，禁带宽度较小为0.81eV，能充分利用太阳光，同时由于其微观结构呈片状，使得制备的材料具有较大的比表面积，有利于污染物的吸附降解。
②本发明与现有技术制备的传统催化剂二氧化钛相比，对光催化氧化降解有机污染物能力有很大的提高，具有更好的可见光吸收性能；
③工艺比较简单，易于操作，同时又可应用于工业生产。
附图说明
图1为实施例1中的AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片放大到1μm的扫描电镜图。
图2为实施例1中的AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片紫外-可见漫反射图。
图3为实施例1中的AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片与TiO2光催化降解四环素效果对比图。
图4为实施例1中的AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片与TiO2光催化降解苯酚效果对比图。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从化学公司购买。
下述实施例中采用如下方法制备Bi2WO6：
称取1mmolNa2WO4·2H2O，1.98mmol Bi(NO3)·5H2O混合，注入100mL去离子水，并在磁力搅拌器上匀速搅拌30分钟，得混合溶液，搅拌结束后，将混合溶液全部转移注入到高温反应釜中，在180℃的条件下加热24小时后自然冷却至室温，反应结束后，静置、倾出上清液，对产物进行过滤、洗涤、干燥，得到Bi2WO6。
实施例1
将0.2g AgNO3溶于96mL水中，形成AgNO3溶液；将0.22g InCl3加入到AgNO3溶液中混匀后，加入0.19g硫脲，搅拌30min，形成透明均匀溶液，将1.37g已合成的Bi2WO6加入上述溶液，搅拌30分钟。将此溶液转移至内衬聚四氟乙烯的120mL高压釜中，加压至1.45atm，置于烘箱中在160℃下水热反应12h，自然冷却至室温。离心并收集底部沉淀物，先用去离子水洗涤然后用无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得30％AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片。从图1上可以清楚显示AgInS2/Bi2WO6呈现片状，从图2上可以看出，在可见光范围内AgInS2/Bi2WO6有较强的吸收。
实施例2
将0.2gAgNO3溶于96mL乙醇中，形成AgNO3溶液；将0.22g InCl3加入到AgNO3溶液中混匀后，加入0.19g硫脲，搅拌30min，形成透明均匀溶液，将0.46g已合成的Bi2WO6加入上述溶液，搅拌30分钟。将此溶液转移至内衬聚四氟乙烯的120mL高压釜中，加压至1.40atm，置于烘箱中在120℃下水热反应48h，自然冷却至室温。离心并收集底部砖红色沉淀物，先用去离子水洗涤然后用无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得10％AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片。
实施例3
将0.2gAgNO3溶于96mL乙醇中，形成AgNO3溶液；将0.22g InCl3加入到AgNO3溶液中混匀后，加入0.19g硫脲，搅拌30min，形成透明均匀溶液，将2.29g已合成的Bi2WO6加入上述溶液，搅拌30分钟。将此溶液转移至内衬聚四氟乙烯的120mL高压釜中，加压至1.32atm，置于烘箱中在200℃下水热反应6h，自然冷却至室温。离心并收集底部砖红色沉淀物，先用去离子水洗涤然后用无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得50％AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片。
应用例1
将实施例1中的30％AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片溶于置有80mL四环素(10mg/L)烧杯中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min。搅拌完毕先取2mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度。然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算四环素的去除率。
对比例1
购买商业光催化TiO2(P25，购买于赢创工业集团)，未经过任何处理，直接用于光催化反应。
将对比例1得到的0.04g TiO2溶于置有80mL四环素(10mg/L)烧杯中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min。搅拌完毕先取2mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度。然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算罗四环素的去除率。
实验结果见图3所示，在可见光条件下，AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片作为催化剂时，经过3h降解，四环素去除率为87.5％，TiO2作为催化剂时，四环素去除率为0.3％，因此，AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片作为光催化剂，在可见光条件下，具有较强的催化氧化活性。
应用例2
将实施例1中的0.04g 30％AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片溶于置有80mL苯酚(50mg/L)烧杯中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min。搅拌完毕先取20mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度。然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算苯酚的去除率。
对比例2
购买商业光催化TiO2(P25，购买于赢创工业集团)，未经过任何处理，直接用于光催化反应。
将对比例1得到的0.04g TiO2溶于置有80mL苯酚(50mg/L)烧杯中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min。搅拌完毕先取20mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度。然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算苯酚的去除率。
实验结果见图4所示，在可见光条件下，30％AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片作为催化剂时，经过3h降解，苯酚降解率为96.5％，TiO2作为催化剂时，苯酚降解率为0.4％，因此，AgInS2纳米花作为光催化剂，在可见光条件下，也具有较强的还原能力。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片的制备方法，其特征在于，将等摩尔比的AgNO3和InCl3混合与硫脲、Bi2WO6水热反应获得的微观结构为片状纳米级异质结结构的材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1.配制AgNO3溶液，加入等摩尔InCl3和过量硫脲搅拌至形成透明均匀溶液，将Bi2WO6按照质量百分比10-50％加入上述溶液，搅拌30分钟；
S2.将步骤S1获得的溶液转移至高压釜中，在1.32～1.59atm、120～200℃温度下，水热反应6～48h，反应结束自然冷却至室温；
S3.将步骤S2获得的产物过滤，取沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的硫脲与AgNO3的摩尔比为2.5：1。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的AgNO3溶液是将AgNO3在水或乙醇溶剂中混合，AgNO3与水或乙醇溶剂的体积比为1：1920。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Bi2WO6的制备方法为：称取1mmolNa2WO4·2H2O，1.98mmol Bi(NO3)·5H2O混合，注入100mL去离子水，并在磁力搅拌器上匀速搅拌30分钟，得混合溶液，搅拌结束后，将混合溶液全部转移注入到高温反应釜中，在180℃的条件下加热24小时后自然冷却至室温，反应结束后，静置、倾出上清液，对产物进行过滤、洗涤、干燥，得到Bi2WO6。
6.一种如权利要求1所述AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片在催化降解污染物上的应用，其特征在于，将AgInS2/Bi2WO6异质结纳米片与污染物按质量比(10-50):1溶于置有污染物的溶液中，超声分散，然后在黑暗中磁力搅拌。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的污染物包括四环素、苯酚。
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