CN112973671A - 一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂、制备方法及其应用 - Google Patents

一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及功能材料技术领域,具体涉及一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂、制备方法及其应用,将钨酸铋晶体片、乙酸锌、甲醇放入三颈烧瓶中后,进行磁力搅拌,并设定温度进行加热,然后加入氢氧化钾与甲醇后,继续反应,生成物先后用去离子水和乙醇进行洗涤,将生成物进行干燥后,即可制备得到纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂,本发明的制备方法简单,可控性高,所制备的钨酸铋/氧化锌异质结催化剂的结构稳定,钨酸铋与氧化锌的结合力强,产品性能稳定,且其表现出良好的催化活性,催化效率高。

Description

一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域,具体涉及一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂、制备方法及其应用。
背景技术
ZnO在光学性能的表现上面不俗,导带和价带位置适当,可以很好地适应氧化还原过程。但其传递电子的效率反而较低,从而限制了它的光催化活性和在光催化过程中的应用。通过对一些相关文献的研究,发现可以通过在纳米结构上的改性来弥补这一不足。当今采用不同类型的半导体材料对其进行复合,使其形成异质结,利用纳米异质结在导带与价带之间的能级差来提高电子-空穴对的分离效率的方法较为有效。Bi2WO6作为一种新型光催化剂,禁带的宽度为2.69eV,具有较强的氧化能力,且形貌易于控制,同样被广泛应用于有机废水的催化降解处理研究中。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中由于ZnO传递电子的效率低限制了其在限制了它的光催化活性和在光催化过程中的应用的问题,提供了一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂、制备方法及其应用。
为了实现上述目的,本发明公开了一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1:将钨酸铋晶体片、乙酸锌、甲醇放入三颈烧瓶中后,进行磁力搅拌,并设定温度进行加热;
S2:向步骤S1中加入氢氧化钾与甲醇后,继续反应;
S3:将S2生成物先后用去离子水和乙醇进行洗涤;
S4:将S3生成物进行干燥后,即可制备得到纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂。
所述步骤S1、步骤S2中的反应温度为60℃。
所述步骤S2中反应的时间为3h。
所述步骤S1中钨酸铋晶体片的制备步骤为:
S11:将硝酸铋先溶于去离子水中,搅拌后得到悬浮液,然后向悬浮液中边搅拌边慢慢加入钨酸钠、氢氧化钾,继续搅拌30min以上后,得到悬浮混合液;
S12:将步骤S11中的混合物进行加热,进行反应;
S13:将步骤S12中的生成物先后用去离子水和乙醇进行洗涤;
S14:将步骤S13中的反应物进行干燥,得到钨酸铋晶体片。
所述步骤S12中的加热温度为190~230℃。
钨酸铋(Bi2WO6)的禁带宽度约为2.69eV,具有良好的可见光响应,是一种新型的可见光催化材料,可用于降解工业废水中的有机污染物。Bi2WO6在受到可见光照射时,电子能从价带跃迁至导带,在价带上留下空位,光生电子和空穴与O2和表面OH-结合,形成具有氧化性的超氧自由基·O2 -和羟基自由基·OH等,超氧自由基和羟基自由基能分解水中的有机物分子,达到降解的效果,Bi2WO6的禁带宽度较小,对紫外光的响应能力较弱,且电子-空穴复合率大。
本发明还公开了一种采用上述的制备方法制得的纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂以及这种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂在处理污水中的苯酚中应用。
与现有技术比较本发明的有益效果在于:本发明采用在钨酸铋晶体片上进一步合成的球状颗粒的氧化锌的方法来制备纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂,制备方法简单,可控性高,所制备的钨酸铋/氧化锌异质结催化剂的结构稳定,钨酸铋与氧化锌的结合力强,产品性能稳定,且相较于钨酸铋、氧化锌的催化效率,其表现出更高的催化活性,催化效率更高。
附图说明
图1为本发明制备的钨酸铋晶体片TEM表征照片;
图2为本发明制备的钨酸铋/氧化锌异质结的TEM表征照片;
图3为本发明制备的钨酸铋/氧化锌异质结与钨酸铋的XRD图;
图4为本发明制备的钨酸铋/氧化锌异质结的紫外光谱图;
图5为光催化苯酚含量图。
具体实施方式
以下结合附图,对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
1、制备钨酸铋晶体片
S1:将3.3g硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)先溶于30mL去离子水中,搅拌后得到悬浮液;然后向悬浮液中边搅拌边慢慢加入1.12g钨酸钠(Na2WO4·2H2O)、0.45g氢氧化钾,继续搅拌30min以上后,得到悬浮混合液;
S2:将S1混合物进行在200℃加热,进行反应;
S3:将S2生成物先后用去离子水和乙醇进行洗涤;
S4:将S3反应物进行干燥,即可得到钨酸铋晶体片;所得到的钨酸铋晶体片进行TEM表征,表征结果见图1。从图1可明显看出钨酸铋晶体结构为片层状。
2、制备纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂
S1:将70mg钨酸铋晶体片、22mg乙酸锌、10mL甲醇于三颈烧瓶中后,进行磁力搅拌,并设定60℃进行加热;
S2:向步骤S1中加入100mg氢氧化钾与5mL甲醇后,继续反应3h;
S3:将S2生成物先后用去离子水和乙醇进行洗涤;
S4:将S3生成物进行干燥后,即可制备得到纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂。
参考图2,图2为本实施例制备的钨酸铋/氧化锌异质结催化剂的TEM的表征照片,从图中可以看出片状的氧化锌颗粒紧密地与钨酸铋结合,从图2中很明显地看出钨酸铋层片上附着有氧化锌颗粒小球。
图3为钨酸铋/氧化锌异质结与钨酸铋的XRD图,由图可知,钨酸铋的线对得十分标准,异质结的线较钨酸铋来看向左偏移了一点点,是因为在钨酸铋上生成了少量的氧化锌所导致的偏移,异质结的峰中氧化锌不太明显,因为用了非常少量的氧化锌,含量过少导致峰不明显。
图4为钨酸铋/氧化锌异质结的紫外光谱图,由图可知,异质结在339左右出现了一个最大吸收峰。
3、催化效率对比
分别称取同量的氧化锌、钨酸铋、实施例1制备的钨酸铋/氧化锌异质结,分别加入至三组同量的苯酚液中,用氙灯照射两小时,然后用进行紫外测试,测最大吸收峰的吸光度,检测结果见图5,从图5中可以很明显地看出实施例制备的钨酸铋/氧化锌异质结催化的苯酚最大吸收峰的吸光度明显比氧化锌、钨酸铋低,说明苯酚剩余少,因此其催化活性更好,催化效率更高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,对本发明而言仅仅是说明性的,而非限制性的。本专业技术人员理解,在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变,修改,甚至等效,但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将钨酸铋晶体片、乙酸锌、甲醇放入三颈烧瓶中后,进行磁力搅拌,并设定温度进行加热;
S2:向步骤S1中加入氢氧化钾与甲醇后,继续反应;
S3:将S2生成物先后用去离子水和乙醇进行洗涤;
S4:将S3生成物进行干燥后,即可制备得到纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂。
2.如权利要求1所述的一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S1、步骤S2中的反应温度为60℃。
3.如权利要求1所述的一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中反应的时间为3h。
4.如权利要求1所述的一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中钨酸铋晶体片的制备步骤为:
S11:将硝酸铋先溶于去离子水中,搅拌后得到悬浮液,然后向悬浮液中边搅拌边慢慢加入钨酸钠、氢氧化钾,继续搅拌30min以上后,得到悬浮混合液;
S12:将步骤S11中的混合物进行加热,进行反应;
S13:将步骤S12中的生成物先后用去离子水和乙醇进行洗涤;
S14:将步骤S13中的反应物进行干燥,得到钨酸铋晶体片。
5.如权利要求4所述的一种纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S12中的加热温度为190~230℃。
6.一种采用权利要求1~5任一项所述的制备方法制得的纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂。
7.一种如权利要求6所述的纳米钨酸铋/氧化锌异质结催化剂在处理污水中苯酚中的应用。
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