CN114132964B - 一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，以及无定形黑色钨酸铋及其用途 - Google Patents

一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，以及无定形黑色钨酸铋及其用途 Download PDF

Info

Publication number
CN114132964B
CN114132964B CN202210115422.8A CN202210115422A CN114132964B CN 114132964 B CN114132964 B CN 114132964B CN 202210115422 A CN202210115422 A CN 202210115422A CN 114132964 B CN114132964 B CN 114132964B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bismuth tungstate
precursor
preparation
white precipitate
amorphous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210115422.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114132964A (zh
Inventor
朱青
罗蔓
靳顺茹
汤乐
陈忻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Machine Digital Core Micro Technology Co ltd
Gusu Laboratory of Materials
Original Assignee
Suzhou Machine Digital Core Micro Technology Co ltd
Gusu Laboratory of Materials
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Machine Digital Core Micro Technology Co ltd, Gusu Laboratory of Materials filed Critical Suzhou Machine Digital Core Micro Technology Co ltd
Priority to CN202210115422.8A priority Critical patent/CN114132964B/zh
Publication of CN114132964A publication Critical patent/CN114132964A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114132964B publication Critical patent/CN114132964B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G41/00—Compounds of tungsten
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/84—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by UV- or VIS- data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/86—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by NMR- or ESR-data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
    • Y02A20/142—Solar thermal; Photovoltaics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，以及无定形黑色钨酸铋及其用途。本发明的无定形黑色钨酸铋的制备方法，包括如下步骤：1）将Bi前驱体、W前驱体和表面活性剂在溶剂中混合并全部溶解，将混合溶液加入至反应釜中进行溶剂热反应，得到白色沉淀；2）将白色沉淀分离后洗涤，干燥；3）将干燥后的白色沉淀经研磨后装入等离子放电装置内，在H2气氛下，进行等离子放电处理，得到无定形黑色钨酸铋。通过本发明的制备方法，通过溶剂热反应和氢气等离子体放电处理的组合使用，过程易操作，且对环境污染小，可以大规模生产。

Description

一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，以及无定形黑色钨酸铋 及其用途
技术领域
本发明涉及一种无定形黑色钨酸铋的制备方法以及无定形黑色钨酸铋，属于无机材料合成领域。
背景技术
世界范围内的清洁水短缺和能源短缺是现代人类社会面临的两个全球性挑战，需要创新方案来解决。地球上大部分的水在海洋中，而且是盐水，而传统的海水脱盐过程需要消耗大量的能量，海水淡化工厂需要消耗大量的电能以及反渗透装置，成本高昂。可以直接被人类使用的淡水除了来自湖泊和河流，大多来自在地下(称为地下水)，这是人类日常生活所必需的供水，然而内陆国家和地区由于没有海洋、湖泊或河流，储备的淡水（包括地表水和地下水）也被人类活动所污染，随着这些国家和地区经济社会发展的滞后，导致了严重的淡水资源短缺危机，因此，如何高效地获取净化水已成为全世界亟待解决的问题。
最近，太阳能蒸汽发生技术已经被证明是一种稳健、环保且具有成本效益的新方法，可以用于海水脱盐/净化。它利用了丰富可再生的太阳能和大量非纯净水（海水，盐碱水，重金属污水，生活废水等），是生产纯净水资源一种高效节能环保的方式，近年来日益受到关注。
纳米尺寸光热材料的形态特殊，比表面积高，热传导效率好，因此是光热材料良好的候选者。一些经典的半导体光催化材料，在环境治理以及清洁能源获取方面取得了长足进步。其中，铋系氧化物光催化降解效果尤为显著，具有合适的带隙，能充分吸收紫外和部分可见光下的光子，光催化活性较突出且无毒性。例如，钨酸铋Bi2WO6对紫外的吸收能力较好，光催化性能相对较高，稳定性好。但是Bi2WO6具有禁带宽度大，无法在可见光或者红外光照射下工作的缺点，考虑到实际太阳光谱中，红外光占据了能量的52%，也造成了该类材料不适合去做全太阳光谱响应的光热材料。另外，这种材料颗粒一般比表面积小、易团聚、光生载流子自复合率较高等，因此其在实际应用方面受到了限制。所以需要采用适当的方法增大Bi2WO6材料对可见光谱和红外光谱区间内的的光吸收，增加其光热转换过程比例，提高太阳光谱范围内的光热效率。
为了增强Bi2WO6材料的光子-声子相互作用，提高光热转化效率，现有技术主要采用氧空位增强Bi2WO6的电荷分离从而提高材料光响应范围以及光催化性能的方式，但是对于是否能够将吸收的光能转化成热量依然未知，因为光催化的过程是为了实现光生电子和空穴的空间定向分离，用于光催化的化学反应，这一过程使吸收的光能被转化成了化学能；而光热过程正好相反，需要增强载流子与晶格的相互作用，即光电子与声子的相互作用甚至是声子-声子的耦合作用。
发明内容
发明要解决的问题
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，以及无定形黑色钨酸铋及其用途，通过在Bi2WO6晶格中引入氢化的无定形结构改变其能带结构，同时增强光生电荷和声子的热相互作用，降低了光生电子和空穴复合几率，最终实现高效的光热转换能力。本发明的制备方法操作简单，对环境污染小，是一种快速、可大规模制备的方法。
用于解决问题的方案
本发明提供一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，包括如下步骤：
1）将Bi前驱体、W前驱体和表面活性剂在溶剂中混合并全部溶解，将混合溶液加入至反应釜中进行溶剂热反应，得到白色沉淀；
2）将白色沉淀分离后洗涤，干燥；
3）将干燥后的白色沉淀经研磨后装入等离子放电装置内，在H2气氛下，进行等离子放电处理，得到无定形黑色钨酸铋。
根据本发明的制备方法，步骤1)中，Bi前驱体、W前驱体与表面活性剂之间的摩尔比为，以Bi元素和W元素计，Bi：W：表面活性剂=2：1：(0.25-0.5)。
根据本发明的制备方法，步骤1）中，通过磁力搅拌30-60分钟进行混合。
根据本发明的制备方法，Bi前驱体为Bi(NO3)3•5H2O，W前驱体为Na2WO4•2H2O，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
根据本发明的制备方法，所述溶剂热反应的反应温度为110-150℃，反应时间为16-24小时。
根据本发明的制备方法，步骤2）中，采用离心分离的方式分离白色沉淀，离心速度为8000rpm以上，离心时间为2分钟以上。
根据本发明的制备方法，步骤3）中，将干燥后的白色沉淀经研磨后装入等离子放电装置后，将放电装置的腔体抽真空至真空度50mTorr以下，之后通入H2气氛，通入H2的流速为100sccm-300sccm，放电处理时氢气的最终分压范围10Torr～25Torr。
根据本发明的制备方法，步骤3）中，放电处理的放电功率为300W-500W，放电时间为2-4小时。
本发明还提供一种根据本发明所述的制备方法制备得到的无定形黑色钨酸铋，所述无定形黑色钨酸铋具有第I纳米片结构和第II纳米片结构，所述第II纳米片结构的尺寸小于第I纳米片结构，且分布于第I纳米片结构之间。
本发明还提供一种根据本发明所述的制备方法制备得到的无定形黑色钨酸铋在海水淡化中的用途。
发明的效果
通过本发明的制备方法，通过溶剂热反应和氢气等离子体放电处理的组合使用，过程易操作，且对环境污染小，可以大规模生产。通过本发明的制备方法所得的无定形黑色Bi2WO6对全太阳光的吸收能力强，相比于氧空位缺陷型的黑色Bi2WO6，可以更有效地将吸收的光能转化为热量，可以用于例如使海水的光热蒸发获取清洁水等领域。
附图说明
图1是实施例1、对比例1、对比例2的颜色观察测试图；
图2是实施例1、对比例1、对比例2的扫描电子显微镜(SEM)测试图；
图3是实施例1、对比例1、对比例2的X射线粉末衍射（XRD）测试图；
图4是实施例1、对比例1、对比例2的吸光度测试图；
图5是实施例1的核磁共振测试图；
图6是实施例1、对比例1、对比例2的光热转换效率测试图；
图7是实施例1、对比例1、对比例2的热成像测试图；
图8是实施例1的金属离子浓度测试图；
图9是实施例2的扫描电子显微镜(SEM)测试图；
图10是实施例2的金属离子浓度测试图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明，但本发明不限定于此。本发明不限于以下说明的各构成，在发明请求保护的范围内可以进行各种变更，而适当组合不同实施方式、实施例中各自公开的技术手段而得到的实施方式、实施例也包含在本发明的技术范围中。另外，本说明书中记载的文献全部作为参考文献在本说明书中进行援引。
除非另有定义，本发明所用的技术和科学术语具有与本发明所属技术领域中的普通技术人员所通常理解的相同含义。
本说明书中，使用“数值A~数值B”或“数值A-数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。
本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。本说明书中，“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。
本说明书中，出现“%”时，表示质量或重量百分含量，即“质量%”或“重量%”，除非有其他特殊说明。
本说明书中，“平均厚度”通过如下方法得到，取单位面积（例如1cm2）的待测膜，并测量该单位面积膜中任意10点进行测量，该10个点的厚度的平均值即为“平均厚度”。
本说明书中，使用“基本上”或“实质上”表示考虑了工业误差或实验误差范围内的情况。
本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方式”、“另一些具体/优选的实施方式”、“一些具体/优选的技术方案”、“另一些具体/优选的技术方案”等是指所描述的与该实施方式有关的特定要素（例如，特征、结构、性质和/或特性）包括在此处所述的至少一种实施方式中，并且可存在于其它实施方式中或者可不存在于其它实施方式中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方式中。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明提供一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，包括如下步骤：
1）将Bi前驱体、W前驱体和表面活性剂在溶剂中混合并全部溶解，将混合溶液加入至反应釜中进行溶剂热反应，得到白色沉淀；
2）将白色沉淀分离后洗涤，干燥；
3）将干燥后的白色沉淀经研磨后装入等离子放电装置内，在H2气氛下，进行等离子放电处理，得到无定形黑色钨酸铋。
根据本发明的制备方法得到的钨酸铋颜色为黑色，太阳光吸光能力得到极大的提升。根据本发明的制备方法得到的钨酸铋不具有任何X射线衍射峰，具有无定形的结构，在全太阳光谱范围内的吸光能力都得到了极大的提升，对紫外光，可见光和红外光都有很强的吸收能力。
根据本发明所述的制备方法，步骤1)中，Bi前驱体、W前驱体以及与表面活性剂之间的摩尔比为，以Bi元素和W元素计，Bi：W：表面活性剂=2：1：(0.25-0.5)。
根据本发明所述的制备方法，步骤1）中，通过磁力搅拌30-60分钟进行混合。
根据本发明所述的制备方法，所述Bi前驱体为Bi(NO3)3•5H2O，W前驱体为Na2WO4•2H2O，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。制备过程中使用的原料包括Bi(NO3)3•5H2O，Na2WO4•2H2O和十六烷基三甲基溴化铵在内，都是常见的化学试剂，容易获取，成本低。
根据本发明所述的制备方法，所述溶剂热反应的反应温度为110-150℃，反应时间为16-24小时。
根据本发明所述的制备方法，步骤2）中，采用离心分离的方式分离白色沉淀，离心速度为8000rpm以上，离心时间为2分钟以上。
根据本发明所述的制备方法，步骤2）中，将分离后的白色沉淀使用去离子水和乙醇分别洗涤2~4次。
根据本发明所述的制备方法，步骤3）中，将干燥后的白色沉淀经研磨后装入等离子放电装置后，将放电装置的腔体抽真空至真空度50mTorr以下，之后通入H2气氛，通入H2的流速为100sccm-300sccm，放电处理时氢气的最终分压范围10Torr～25Torr。在H2气氛下，等离子放电处理后，无定形黑色钨酸铋的晶格里面引入了H+离子。
根据本发明所述的制备方法，步骤3）中，放电处理的放电功率为300W-500W，放电时间为2-4小时。
优选地，在放电处理结束后，待腔体内温度压力降低至室温室压后取出后，获得无定形黑色钨酸铋。
本发明还提供一种根据本发明所述的制备方法制备得到的无定形黑色钨酸铋所述无定形黑色钨酸铋具有第I纳米片结构和第II纳米片结构，所述第II纳米片结构的尺寸小于第I纳米片结构，且分布于第I纳米片结构之间。
其中，所述第I纳米片结构的厚度为40-60nm，长度为500-600nm，其中，部分第I纳米片结构表面分布有大量第II纳米片结构，以及孔隙和孔洞，这是由于H2等离子放电形成无定形结构过程中，导致部分晶格碎裂，这样的结构相比于完整的纳米片结构，更加有利于太阳光光线的折射和反射，提高了光吸收利用效率。
实施例
实施例1
称取4mmol的Bi(NO3)3•5H2O固体，2mmol的Na2WO4•2H2O固体和0.2克的十六烷基三甲基溴化铵固体，溶解于一个体积为160mL的去离子水中，磁子搅拌30分钟全部溶解后，将混合溶液转移至一个体积为200mL的水热反应釜中，随后放入高温烘箱，加热至120℃后，保温24小时，得到淡白色沉淀。
将水热反应釜的淡白色沉淀和溶液转移至离心管中，混合均匀后，以10000 rpm的速度离心3分钟，并用乙醇和去离子水分别洗涤三次，离心后用真空干燥箱烘干得到白色Bi2WO6粉末。
将上述干燥后的白色Bi2WO6粉末精细研磨后装入等离子放电装置内，然后对腔体抽真空达到50 mTorr后，接着腔体内通入H2后，控制H2流速为100 sccm，控制氢气的分压为10 orr，然后施加功率为300W的电压进行等离子放电处理，处理2小时后反应结束，待腔体内温度压力降低至室温室压后取出后，获得黑色无定形结构的Bi2WO6-1。
对比例1
基于与实施例1相同的方式得到白色Bi2WO6粉末，之后在5%的H2/Ar混合气体气氛下煅烧，煅烧温度为300℃，煅烧2小时，获得黑色氧空位结晶结构的Bi2WO6-2。
对比例2
基于与实施例1相同的方式得到白色Bi2WO6粉末，获得白色的Bi2WO6-3。
性能测试
颜色观察
用肉眼观察待观察产物的颜色。
具体结果如图1所示，其中，（A）：对比例2的白色的Bi2WO6-3；（B）：对比例1的黑色氧空位结晶结构的Bi2WO6-2；（C）：实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1。由图1可以看出在引入H+离子和无定形结构之后，Bi2WO6的颜色从白色变成深黑色，太阳光吸光能力得到极大的提升。
扫描电子显微镜(SEM)测试
采用Hitachi的，型号为SU-8220的仪器进行测试，具体结果如图2所示，其中，（A）：对比例2的白色的Bi2WO6-3；（B）：对比例1的黑色氧空位结晶结构的Bi2WO6-2；（C）：实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1。由图2可以看出这些样品的微观形貌是纳米片，厚度约为约50nm，长度约为500-600nm，其中，只有实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1的部分第I纳米片结构表面出现了大量碎裂的第II纳米片结构，以及孔隙和孔洞，这是由于H2等离子放电形成无定形结构过程中，导致部分晶格碎裂，这样的结构相比于完整的纳米片结构，更加有利于太阳光光线的折射和反射，提高了光吸收利用效率。
X射线粉末衍射测试（XRD）
采用型号为Rigaku/Max-3A的仪器，在激发波长为λ= 1.54178 Å下进行测试，具体结果如图3所示，其中，（A）：对比例2的白色的Bi2WO6-3；（B）：对比例1的黑色氧空位结晶结构的Bi2WO6-2；（C）：实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1。由图3可以看出对比例2的白色的Bi2WO6-3的晶格主体结构是结晶的，而对比例1的黑色氧空位结晶结构的Bi2WO6-2的结构没有发生改变，依然与标准卡片相吻合，是具有结晶的晶体结构，但是实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1没有任何X射线衍射峰，证明了材料是无定形的结构。
吸光度测试
采用Shimadzu spectrophotometer，型号为(Model2501 PC)的仪器进行测试，具体结果如图4所示，其中，（A）：对比例2的白色的Bi2WO6-3；（B）：对比例1的黑色氧空位结晶结构的Bi2WO6-2；（C）：实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1。由图4可以看出，实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1在全太阳光谱范围内的吸光能力都得到了极大的提升，对紫外光，可见光和红外光都有很强的吸收能力；相对应的，对比例2的白色的Bi2WO6-3只能吸收波长在470nm以下的紫外光和部分可见光；而对比例1的黑色氧空位结晶结构的Bi2WO6-2在可见光区间内的吸光度有略微提高，但是在红外光区间内几乎不能吸收。
核磁共振测试
采用Bruker的型号为AVANCE AV400的仪器进行核磁共振测试。具体结果如图5所示，由图5可以看出，在H2气氛下，等离子放电处理后，实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1的晶格里面引入了H+离子。
光热转换效率测试
将实施例1、对比例1、对比例2得到的Bi2WO6-1、Bi2WO6-2、Bi2WO6-3制备成的光热薄膜-1、光热薄膜-2、光热薄膜-3浮于海水表面，进行光热海水淡化测试。测试中使用的海水取自中国南海沿岸地区，光源为装载有AM1.5G滤波片的氙灯（光强为1个太阳光）。
具体结果如图6所示，其中，（A）：实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1；（B）：对比例1的黑色氧空位结晶结构的Bi2WO6-2；（C）：对比例2的白色的Bi2WO6-3。根据图6可以看出，采用实施例1得到的Bi2WO6-1制备得到的光热薄膜-1在太阳光照射下可以高效进行海水净化，光热转换蒸发获取清洁水的产率可达1.48 kg/h·m2。相对应的，采用对比例1得到的Bi2WO6-2制备得到的光热薄膜-2光热转换蒸发获取清洁水的产率为0.61 kg/h·m2，而采用对比例2得到的Bi2WO6-3制备得到的光热薄膜-3光热转换蒸发获取清洁水的产率仅为0.28kg/h·m2。
热成像测试
采用型号为FLIR Pro One的红外相机，正常记录温度模式，进行热成像测试。
具体结果如图7所示，其中，（A）：对比例2的白色的Bi2WO6-3；（B）：对比例1的黑色氧空位结晶结构的Bi2WO6-2；（C）：实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1。如图7所示，在光热海水淡化测试中，样品表面温度在被太阳光照射3分钟时间后，实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1在可见光照射下，比对比例2的白色的Bi2WO6-3与对比例1的黑色氧空位结晶结构的Bi2WO6-2能够更为迅速地将光能转换为热能。
实施例2
称取2mmol的Bi(NO3)3•5H2O固体，1mmol的Na2WO4•2H2O固体和0.1克的十六烷基三甲基溴化铵固体，溶解于一个体积为80mL的去离子水中，磁子搅拌45分钟全部溶解后，将混合溶液转移至一个体积为100mL的水热反应釜中，随后放入高温烘箱，加热至135℃后，保温18小时，得到淡白色沉淀。
将水热反应釜的淡白色沉淀和溶液转移至离心管中，混合均匀后，以9000 rpm的速度离心5分钟，并用乙醇和去离子水分别洗涤三次，离心后用真空干燥箱烘干得到白色Bi2WO6粉末。
将上述干燥后的白色Bi2WO6粉末精细研磨后装入等离子放电装置内，然后对腔体抽真空达到40 mTorr后，接着腔体内通入H2后，控制H2流速为150 sccm，控制氢气的分压为20 orr，然后施加功率为400W的电压进行等离子放电处理，处理2.5小时后反应结束，待腔体内温度压力降低至室温室压后取出后，获得黑色无定形结构的Bi2WO6-4。
扫描电子显微镜(SEM)测试
采用Hitachi的，型号为SU-8220的仪器进行测试，具体结果如图9所示，实施例2获得的样品，其高分辨SEM照片，显示了其晶格也是无定形的。
金属离子浓度测试
采用Perkin-Elmer Corporation的型号为Optima 7300 DV的仪器进行测试，具体结果如图8所示，实施例1的黑色无定形结构的Bi2WO6-1在光热海水淡化测试中，得到的纯净水中与净化前海水中相比较，对于几种主要金属离子浓度，净化后的水体中的主要金属离子浓度远低于世界卫生组织规定的饮用水标准，可以直接被人体饮用。
对实施例2的黑色无定形结构的Bi2WO6-2进行同样的测试，结果如图10所示。
实施例3
称取6mmol的Bi(NO3)3•5H2O固体，3mmol的Na2WO4•2H2O固体和0.5克的十六烷基三甲基溴化铵固体，溶解于一个体积为150mL的去离子水中，磁子搅拌50分钟全部溶解后，将混合溶液转移至一个体积为200mL的水热反应釜中，随后放入高温烘箱，加热至150℃后，保温20小时，得到淡白色沉淀。
将水热反应釜的淡白色沉淀和溶液转移至离心管中，混合均匀后，以11000 rpm的速度离心4分钟，并用乙醇和去离子水分别洗涤三次，离心后用真空干燥箱烘干得到白色Bi2WO6粉末。
将上述干燥后的白色Bi2WO6粉末精细研磨后装入等离子放电装置内，然后对腔体抽真空达到35 mTorr后，接着腔体内通入H2后，控制H2流速为200 sccm，控制氢气的分压为25 Torr，然后施加功率为350W的电压进行等离子放电处理，处理3小时后反应结束，待腔体内温度压力降低至室温室压后取出后，获得黑色无定形结构的Bi2WO6-5。
实施例4
称取4mmol的Bi(NO3)3•5H2O固体，2mmol的Na2WO4•2H2O固体和0.35克的十六烷基三甲基溴化铵固体，溶解于一个体积为120mL的去离子水中，磁子搅拌35分钟全部溶解后，将混合溶液转移至一个体积为200mL的水热反应釜中，随后放入高温烘箱，加热至115℃后，保温22小时，得到淡白色沉淀。
将水热反应釜的淡白色沉淀和溶液转移至离心管中，混合均匀后，以9000 rpm的速度离心3.5分钟，并用乙醇和去离子水分别洗涤三次，离心后用真空干燥箱烘干得到白色Bi2WO6粉末。
将上述干燥后的白色Bi2WO6粉末精细研磨后装入等离子放电装置内，然后对腔体抽真空达到25 mTorr后，接着腔体内通入H2后，控制H2流速为250 sccm，控制氢气的分压为18 Torr，然后施加功率为450W的电压进行等离子放电处理，处理3.5小时后反应结束，待腔体内温度压力降低至室温室压后取出后，获得黑色无定形结构的Bi2WO6-6。

Claims (9)

1.一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将Bi前驱体、W前驱体和表面活性剂在溶剂中混合并全部溶解，将混合溶液加入至反应釜中进行溶剂热反应，得到白色沉淀；
2)将白色沉淀分离后洗涤，干燥；
3)将干燥后的白色沉淀经研磨后装入等离子放电装置内，在H2气氛下，进行等离子放电处理，得到无定形黑色钨酸铋，
步骤3)中，放电处理的放电功率为300W-500W，放电时间为2-4小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，Bi前驱体、W前驱体与表面活性剂之间的摩尔比为，以Bi元素和W元素计，Bi：W：表面活性剂＝2：1：(0.25-0.5)。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，通过磁力搅拌30-60分钟进行混合。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，Bi前驱体为Bi(NO3)3·5H2O，W前驱体为Na2WO4·2H2O，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的反应温度为110-150℃，反应时间为16-24小时。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用离心分离的方式分离白色沉淀，离心速度为8000rpm以上，离心时间为2分钟以上。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，将干燥后的白色沉淀经研磨后装入等离子放电装置后，将放电装置的腔体抽真空至真空度50mTorr以下，之后通入H2气氛，通入H2的流速为100sccm-300sccm，放电处理时氢气的最终分压范围10Torr～25Torr。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的无定形黑色钨酸铋，所述无定形黑色钨酸铋具有第I纳米片结构和第II纳米片结构，所述第II纳米片结构的尺寸小于第I纳米片结构，且分布于第I纳米片结构之间。
9.一种根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的无定形黑色钨酸铋在海水淡化中的用途。
CN202210115422.8A 2022-02-07 2022-02-07 一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，以及无定形黑色钨酸铋及其用途 Active CN114132964B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210115422.8A CN114132964B (zh) 2022-02-07 2022-02-07 一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，以及无定形黑色钨酸铋及其用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210115422.8A CN114132964B (zh) 2022-02-07 2022-02-07 一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，以及无定形黑色钨酸铋及其用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114132964A CN114132964A (zh) 2022-03-04
CN114132964B true CN114132964B (zh) 2022-04-22

Family

ID=80381906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210115422.8A Active CN114132964B (zh) 2022-02-07 2022-02-07 一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，以及无定形黑色钨酸铋及其用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114132964B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115254187B (zh) * 2022-08-03 2023-06-30 江苏理工学院 一种介孔型非晶态钨酸铋光催化材料的制备方法及应用

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102989445B (zh) * 2012-11-29 2015-06-24 天津师范大学 一种通过铋源过量提高钨酸铋光催化活性的方法
CN103157461A (zh) * 2013-04-03 2013-06-19 南京理工大学 一种纳米光催化剂钨酸铋及其制备方法
CN110624535A (zh) * 2019-09-17 2019-12-31 江苏大学 一种黑色钨酸铋光催化剂及制备方法和应用
CN113083287B (zh) * 2021-04-29 2023-09-19 沈阳工业大学 纳米颗粒堆积片层结构铋与钨酸铋复合粉体及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114132964A (zh) 2022-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103785434B (zh) 一种g-C3N4纳米片/CdS复合可见光催化剂
CN106944074B (zh) 一种可见光响应型复合光催化剂及其制备方法和应用
CN103599802A (zh) 一种磷酸银/石墨烯纳米复合材料的制备方法
CN110841670B (zh) 零维黑磷量子点/一维管状氮化碳复合光催化剂及其制备方法
CN108355669B (zh) 一种磁性纳米洋葱碳负载Bi2WO6的光催化剂及其制备方法和应用
CN110605126A (zh) 一种中空BiOCl@CeO2纳米复合材料的制备方法及其应用
CN114132964B (zh) 一种无定形黑色钨酸铋的制备方法，以及无定形黑色钨酸铋及其用途
CN110302826B (zh) 碱式硝酸铋和碘氧铋复合光催化剂及其制备方法和应用
CN107626331B (zh) 一种Mn3O4/BiOCl异质结光催化剂及其制备方法
CN112694125A (zh) 一种黑色三氧化钼纳米片、其制备方法和应用
CN108579768A (zh) 少层MoS2修饰Ag-TiO2纳米复合薄膜的制备方法
Pouramini et al. Enhancing PFC ability to dye removal and power generation simultaneously via conductive spheres in the anodic chamber
CN110102326B (zh) 一种纳米金负载多孔炭改性氮化碳复合光催化材料及其制备方法与应用
CN108878658B (zh) 一种基于金属离子掺杂二氧化钛间隔层的光稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法
Tang et al. Preparation of CdS-g-C3N4/C composites via hollyhock stem biotemplate and its photocatalytic property
CN115228492A (zh) 一种碘化银/碳酸根自掺杂碳酸氧铋光催化材料的制备方法和应用
CN115845879A (zh) 简单水热法合成MoS2/Bi2MoO6复合材料的方法及其高效降解环丙沙星
Liu et al. Fabrication of CdS/ZnS/g-C3N4 composites for enhanced visible-light photocatalytic degradation performance
CN110075879B (zh) 碳包覆四氧化三铁磁性微球修饰碘氧化铋复合光催化材料及其制备方法与应用
CN112517068A (zh) 一种处理六价铬废水的可见光催化剂及其合成方法
CN110665517B (zh) 金云母/ZnO负载钼酸铋和硫化镉进行协同催化的复合材料及其制备方法
Zhuang et al. Preparation and degradation properties of AgBiS 2/BiOI composite photocatalytic materials with high catalytic activity.
Hamid et al. Enhancement of Solar Cell Efficiency by Using TiO2 Nanostructure Doped Fe2O3 Dye and Effect Concentration of Solvent on Optical Properties
CN115193452B (zh) 一种核壳结构上转换光催化材料及其制备与应用
CN110918104A (zh) 一种三元异质结石墨烯-氧化铋/卤氧化铋可见光光催化剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant