CN114377704B - 一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料及其制备方法 - Google Patents
一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114377704B CN114377704B CN202210058129.2A CN202210058129A CN114377704B CN 114377704 B CN114377704 B CN 114377704B CN 202210058129 A CN202210058129 A CN 202210058129A CN 114377704 B CN114377704 B CN 114377704B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zinc stannate
- solution
- bismuth
- bismuth oxyiodide
- solvent
- 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
Links
- BNEMLSQAJOPTGK-UHFFFAOYSA-N zinc;dioxido(oxo)tin Chemical compound [Zn+2].[O-][Sn]([O-])=O BNEMLSQAJOPTGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 103
- CBACFHTXHGHTMH-UHFFFAOYSA-N 2-piperidin-1-ylethyl 2-phenyl-2-piperidin-1-ylacetate;dihydrochloride Chemical compound Cl.Cl.C1CCCCN1C(C=1C=CC=CC=1)C(=O)OCCN1CCCCC1 CBACFHTXHGHTMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000004298 light response Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 96
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 54
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 27
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 27
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 24
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 20
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 19
- FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N bismuth;trinitrate;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 16
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 16
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 16
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 16
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 16
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 16
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 16
- KHMOASUYFVRATF-UHFFFAOYSA-J tin(4+);tetrachloride;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl KHMOASUYFVRATF-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 13
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims description 11
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 8
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 8
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 8
- YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N zafuleptine Chemical compound OC(=O)CCCCCC(C(C)C)NCC1=CC=C(F)C=C1 YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical compound Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 3
- 150000001621 bismuth Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 abstract description 8
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 2
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 abstract 1
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 8
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 8
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 8
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 7
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 6
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 5
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 4
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- MCPLVIGCWWTHFH-UHFFFAOYSA-L methyl blue Chemical compound [Na+].[Na+].C1=CC(S(=O)(=O)[O-])=CC=C1NC1=CC=C(C(=C2C=CC(C=C2)=[NH+]C=2C=CC(=CC=2)S([O-])(=O)=O)C=2C=CC(NC=3C=CC(=CC=3)S([O-])(=O)=O)=CC=2)C=C1 MCPLVIGCWWTHFH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 3
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 229910021627 Tin(IV) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001877 deodorizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000003933 environmental pollution control Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/06—Halogens; Compounds thereof
- B01J27/138—Halogens; Compounds thereof with alkaline earth metals, magnesium, beryllium, zinc, cadmium or mercury
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于复合材料和光催化技术领域，具体为一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料及其制备方法；本发明复合材料中的锡酸锌与碘氧铋采用溶剂热法进行制备，通过锡酸锌与碘氧铋之间形成p‑n异质结，促进光生电子‑空穴的有效分离，提高催化剂在可见光下的光催化反应效率。步骤如下：（1）采用溶剂热法制备多孔立方体状锡酸锌；（2）通过溶剂热法实现锡酸锌与碘氧铋的复合，制备锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料。本发明的优点在于制备过程简单、成本低廉，所得到的复合材料具有较好的结构和形貌，从而使得所制备的复合光催化剂表现出较为优异的光催化活性，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料和光催化技术领域，具体涉及一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料及其制备方法。
背景技术
随着社会和经济的高速发展，能源短缺和环境污染已成为人类需共同应对的重大挑战。半导体光催化技术可以直接利用太阳光来驱动反应，具有“绿色、高效”的特性，这使得其在环境治理和净化领域具有十分广阔的应用前景。近年来，以氧化物半导体为光催化剂的光催化技术，为我们提供了一种理想的能源开发利用以及环境污染治理的方法和途径。氧化钛是目前研究最为广泛的的光催化材料。然而宽的带隙，使得其推广应用受到了很大的限制。研究可见光响应的高效光催化材料具有重要的现实意义。
碘氧铋是一种p型半导体，具有层状结构和高的化学稳定性。其带隙较小，对可见光具有强的吸收和响应，是一种很有前景的可见光响应型光催化剂。然而，纯相碘氧铋光生电子-空穴对的重组较快，其实际光催化性能仍然不令人满意。目前，半导体光催化剂的研究主要受到光生电子-空穴对复合率高及光谱响应范围较窄的制约。因此，开发一种可见光响应、光生电子-空穴对有效分离的高效光催化材料就显得尤为重要。
锡酸锌的是一种新型三元n-型半导体材料，具有较高的导电率，已广泛应用于储能、气体传感器、电子学，太阳能电池以及光催化领域。将其与可见光驱动(VLD)碘氧铋相结合，不仅可以拓展光响应范围，有效利用太阳光，同时通过形成p-n异质结构，可以在光导体内创建一个具有电势梯度的区域，并以两侧存在空间电势差为驱动力，实现载流子在价带和导带边上的顺势迁移，促进光生电子-空穴的有效分离，从而提高光催化效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料及其制备方法。该复合材料的制备工艺简单，成本低廉，合成的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料形成p-n异质结构，在拓展光响应范围的同时，实现载流子在价带和导带边上的顺势迁移，有效促进了光生电子-空穴的分离，在可见光条件下表现出优异的光催化性能。
本发明提供了用于降解水中有机污染物锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料及其制备方法。其主要特征在于锡酸锌与碘氧铋采用溶剂热法进行制备，通过锡酸锌与碘氧铋之间形成p-n异质结，促进光生电子-空穴的有效分离，在可见光下具有高效的催化活性。本发明的技术方案具体介绍如下。
本发明提供一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料，其由锡酸锌和碘氧铋复合而成，该复合光催化材料是以呈多孔立方体结构、通过溶剂热反应制备的锡酸锌、三价铋盐和碘化钾为原料，进一步通过溶剂热反应制备得到；其中，锡酸锌和碘氧铋的摩尔数之比为9：1-1：3。
优选的，锡酸锌和碘氧铋的摩尔数之比为1：1-3：7。
优选的，两步溶剂热反应中，溶剂独立的选自去离子水、无水乙醇或乙二醇中任意一种。
优选的，锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料整体呈核壳结构，多孔立方体锡酸锌为核，片状碘氧铋为壳。
本发明还提供一种上述的可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）纯锡酸锌的制备：分别称取等摩尔量的五水四氯化锡、二水乙酸锌溶于一定体积的第一溶剂中，标记为A；将氢氧化钾溶于一定体积的去离子水中，标记为B；在磁力搅拌下，将溶液B滴加到溶液A中，继续搅拌20-40分钟，得到锡酸锌前驱体溶液；将搅拌均匀后的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，120-160℃的温度下水热处理，反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，将得到的样品用去离子水和无水乙醇洗涤数次，并干燥，即获得纯的锡酸锌粉体；
（2）锡酸锌/碘氧铋光催化复合材料的制备：取一定量的步骤（1）所制备的锡酸锌样品加入到一定的第二溶剂中，超声分散，得到溶液C；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于第三溶剂中，制成溶液D；随后在搅拌下，将一定量的溶液D滴加到溶液C中，继续搅拌20-40分钟；最后将得到的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，120-160℃的温度下水热处理，反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，经洗涤、干燥，即得到锡酸锌/碘氧铋光催化复合材料；其中：锡酸锌与硝酸铋的摩尔比在1：1-3：7之间。
优选的，步骤（1）中的第一溶剂、步骤（2）中的第二溶剂、第三溶剂独立的选自去离子水、无水乙醇或乙二醇中任意一种。
优选的，步骤（1）中，溶液A中，五水四氯化锡的摩尔浓度为0.01-0.1mol/L；溶液B中，氢氧化钾的浓度为0.1-1.0 mol/L，溶液B与溶液A的体积比为0.06-6 ；水热处理5-22小时；干燥温度为60-85℃。
优选的，步骤（2）中，溶液C中，锡酸锌的浓度为0.15-1.35 mol/L；溶液D中，五水硝酸铋的浓度为0.01- 0.15 mol/L ；水热处理5-22小时；干燥温度为60-85℃。
优选的，步骤（2）中，锡酸锌与硝酸铋的摩尔比为1：1-3：7之间。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明制得的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料具有较好的形貌、结构和可见光响应特性，通过构建p-n异质结构有效抑制光生载流子的复合，在可见光条件下表现出优异的光催化特性，制备方法简单、易操作，成本低廉；其可应用于分解污水中的有机物、室内空气和废气净化、处理重金属离子、抗菌除臭、光催化分析水制氢等领域，具有节能环保的优势，应用价值高，应用领域十分广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1的锡酸锌的扫描电子显微镜照片（SEM）。
图2为实施例1锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料的扫描电子显微镜照片（SEM）。
图3为实施例2锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料的扫描电子显微镜照片（SEM）。
图4为实施例2锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料的XRD曲线图。
图5为实施例1锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料的EDS曲线。
图6为实施例1-4光催化材料的UV-vis曲线。
图7为实施例1-4光催化材料的EIS曲线。
图8为实施例3、4和5中的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料对不同有机污染物的光催化降解曲线。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
在本发明中，所有原料均为常规市售产品。
实施例1
分别称取等摩尔量的五水四氯化锡、二水乙酸锌溶于一定体积的乙二醇中，标记为A，其中，五水四氯化锡的摩尔浓度为0.05 M；然后将氢氧化钾溶于一定体积的去离子水中，标记为B，溶液B的浓度为0.5 M，溶液B与溶液A的体积比为0.6；在磁力搅拌下，将溶液B缓慢的滴加到A溶液中，继续搅拌30分钟，得到锡酸锌前驱体溶液；将搅拌均匀后的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，120℃溶剂热20小时；反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，将得到的样品用去离子水和无水乙醇洗涤数次，并在80℃下干燥，即可获得纯的有孔中空立方体结构的锡酸锌样品，其SEM图如图1所示。其带隙宽度约为3.24eV（图6）。
取一定量锡酸锌样品加入到一定的乙二醇中，超声分散，得到溶液C，其中，锡酸锌的浓度为0.2 M；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于乙二醇中，制成溶液D，其中，五水硝酸铋和碘化钾的浓度均为0.02 M。随后在搅拌下，将一定量的溶液D缓慢的滴加到溶液C中，使得锡酸锌和碘氧铋的摩尔比为9：1，继续搅拌30分钟；最后将得到的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，120℃水热处理18小时；反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，经洗涤、干燥即可得到锡酸锌/碘氧铋光催化复合材料，记为B1Z9，其SEM图如图2所示，从图2可以看出，样品B1Z9虽然还维持立方体结构，但其表面有少量颗粒附着，棱角不及纯相锡酸锌那样分明。其带隙宽度约为1.97eV（图6）；此外与纯锡酸锌相比，复合样品具有较小的阻抗半径，表明复合样品具有较小的电荷转移电阻，因此其具有较低的光生电子空穴对复合率，从而可表现出较高的光催化降解活性。将30mg样品投入到罗丹明(RhB)（20 mg/L，500 mL）溶液中，可见光（300瓦氙灯）辐照下4小时，罗丹明的降解率为22%，相对于纯相的锡酸锌（17%），复合光催化剂对罗丹明的降解率有所提升。
实施例2
分别称取等摩尔量的五水四氯化锡、二水乙酸锌溶于一定体积的乙醇中，标记为A；其中，五水四氯化锡的摩尔浓度为0.08 M；然后将氢氧化钾溶于一定体积的去离子水中，标记为B，溶液B的浓度为0.6 M，溶液B与溶液A的体积比为0.1；在磁力搅拌下，将溶液B缓慢的滴加到A溶液中，继续搅拌30分钟，得到锡酸锌前驱体溶液；将搅拌均匀后的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，140℃溶剂热16小时；反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，将得到的样品用去离子水和无水乙醇洗涤数次，并在80℃下干燥，即可获得纯的锡酸锌样品。
取一定量锡酸锌样品加入到一定的乙醇中，超声分散，得到溶液C，锡酸锌的浓度为0.4 M；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于乙醇中，制成溶液D，其中，五水硝酸铋和碘化钾的浓度均为0.04 M。随后在搅拌下，将一定量的溶液D缓慢的滴加到溶液C中，使得锡酸锌和碘氧铋的摩尔比为3：7，继续搅拌30分钟；最后将得到的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，160℃水热法8小时；反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，经洗涤、干燥即可得到锡酸锌/碘氧铋光催化复合材料，记为B3Z7-1，其SEM图如图3所示，从图3可以看出，和纯相锡酸锌相比，样品B3Z7-1的表面包覆上了薄片状纳米结构，厚度在20-50纳米，边长300-600纳米。其带隙宽度约为1.90eV（图6）；此外与纯锡酸锌相比，复合样品具有更小的阻抗半径，表明复合样品具有更小的电荷转移电阻（图7），因此其具有更低的光生电子空穴对复合率，从而可表现出更高的光催化降解活性。将30mg样品投入到罗丹明(RhB)（20 mg/L，500 mL）溶液中，可见光（300瓦氙灯）辐照下4小时，罗丹明的降解率为80%（图8），相对于纯相的锡酸锌（17%），复合光催化剂对罗丹明的降解率有很大的提升。
实施例3
分别称取等摩尔量的五水四氯化锡、二水乙酸锌溶于一定体积的去离子水中，标记为A；其中，五水四氯化锡的摩尔浓度为0.1 M；然后将氢氧化钾溶于一定体积的去离子水中，标记为B，溶液B的浓度为0.8M，溶液B与溶液A的体积比为0.75；在磁力搅拌下，将溶液B缓慢的滴加到A溶液中，继续搅拌30分钟，得到锡酸锌前驱体溶液；将搅拌均匀后的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，140℃水热法12小时；反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，将得到的样品用去离子水和无水乙醇洗涤数次，并在80℃下干燥，即可获得纯的锡酸锌样品。
取一定量锡酸锌样品加入到一定的去离子水中，超声分散，得到溶液C，锡酸锌的浓度为1.0 M；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于去离子水中，制成溶液D，其中，五水硝酸铋和碘化钾的浓度均为0.8 M；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于乙二醇溶液中，制成溶液D。随后在搅拌下，将一定量的溶液D缓慢的滴加到溶液C中，使得锡酸锌和碘氧铋的摩尔比为1：1，继续搅拌30分钟；最后将得到的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，150℃溶剂热12小时；反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，经洗涤、干燥即可得到锡酸锌/碘氧铋光催化复合材料，记为B5Z5，其带隙宽度约为1.97eV（图6）；此外与纯锡酸锌相比，复合样品具有更小的阻抗半径（图7），表明复合样品具有更小的电荷转移电阻，因此其具有更低的光生电子空穴对复合率，从而可表现出更高的光催化降解活性。将30mg样品投入到罗丹明（20 mg/L，500 mL）溶液中，可见光（300瓦氙灯）辐照下4小时，罗丹明(RhB)的降解率为75%（图8），相对于纯相的锡酸锌（17%），复合光催化剂对罗丹明的降解率有较大的提升。
图6为实施例1-3光催化材料的UV-vis曲线。
图7为实施例1-3光催化材料的EIS曲线。
实施例4
分别称取等摩尔量的五水四氯化锡、二水乙酸锌溶于一定体积的乙醇中，标记为A，其中，五水四氯化锡的摩尔浓度为0.04 M；然后将氢氧化钾溶于一定体积的去离子水中，标记为B，溶液B的浓度为0.6M，溶液B与溶液A的体积比为0.4；然后将氢氧化钾溶于一定体积的去离子水中，标记为B；在磁力搅拌下，将溶液B缓慢的滴加到A溶液中，继续搅拌30分钟，得到锡酸锌前驱体溶液；将搅拌均匀后的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，120℃水热法20小时；反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，将得到的样品用去离子水和无水乙醇洗涤数次，并在80℃下干燥，即可获得纯的锡酸锌样品。
取一定量锡酸锌样品加入到一定的乙醇中，超声分散，得到溶液C，锡酸锌的浓度为0.8M；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于乙醇中，制成溶液D，其中，五水硝酸铋和碘化钾的浓度均为0.8 M；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于乙醇溶液中，制成溶液D。随后在搅拌下，将一定量的溶液D缓慢的滴加到溶液C中，使得锡酸锌和碘氧铋的摩尔比为3：7，继续搅拌30分钟；最后将得到的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，140℃溶剂热12小时；反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，经洗涤、干燥即可得到锡酸锌/碘氧铋光催化复合材料，记为B3Z7-2，其带隙宽度约为1.90 eV。将30mg样品投入到甲基蓝（MB）（20 mg/L，500 mL）溶液中，可见光（300瓦氙灯）辐照下4小时，甲基蓝的降解率为70%（图8）。
实施例5
分别称取等摩尔量的五水四氯化锡、二水乙酸锌溶于一定体积的去离子水中，标记为A，其中，五水四氯化锡的摩尔浓度为0.06 M；然后将氢氧化钾溶于一定体积的去离子水中，标记为B，溶液B的浓度为0.8M，溶液B与溶液A的体积比为0.45；然后将氢氧化钾溶于一定体积的去离子水中，标记为B；在磁力搅拌下，将溶液B缓慢的滴加到A溶液中，继续搅拌30分钟，得到锡酸锌前驱体溶液；将搅拌均匀后的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，160℃水热法8小时；反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，将得到的样品用去离子水和无水乙醇洗涤数次，并在80℃下干燥，即可获得纯的锡酸锌样品。
取一定量锡酸锌样品加入到一定的去离子水中，超声分散，得到溶液C，锡酸锌的浓度为0.8M；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于乙醇中，制成溶液D，其中，五水硝酸铋和碘化钾的浓度均为1.0 M；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于乙二醇溶液中，制成溶液D。随后在搅拌下，将一定量的溶液D缓慢的滴加到溶液C中，使得锡酸锌和碘氧铋的摩尔比为3：7，继续搅拌30分钟；最后将得到的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，120℃溶剂热20小时；反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，经洗涤、干燥即可得到锡酸锌/碘氧铋光催化复合材料，记为B3Z7-3，将30mg样品投入到甲基橙(MO)（20mg/L，500 mL）溶液中，可见光（300瓦氙灯）辐照下4小时，甲基橙的降解率为52%。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料，其特征在于，其由锡酸锌和碘氧铋复合而成，该复合光催化材料是以呈多孔立方体结构的通过溶剂热反应制备的锡酸锌、三价铋盐和碘化钾为原料，进一步通过溶剂热反应制备得到；其中，锡酸锌和碘氧铋的摩尔数之比为1：1-3：7；其整体呈核壳结构，多孔立方体锡酸锌为核，片状碘氧铋为壳；可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料的制备方法包括如下步骤：
（1）纯锡酸锌的制备：分别称取等摩尔量的五水四氯化锡、二水乙酸锌溶于一定体积的第一溶剂中，标记为A；将氢氧化钾溶于一定体积的去离子水中，标记为B；在磁力搅拌下，将溶液B滴加到溶液A中，继续搅拌20-40分钟，得到锡酸锌前驱体溶液；将搅拌均匀后的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，120-160℃的温度下水热处理，反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，将得到的样品用去离子水和无水乙醇洗涤数次，并干燥，即获得纯的锡酸锌粉体；
（2）锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料的制备：取一定量的步骤（1）所制备的锡酸锌样品加入到一定的第二溶剂中，超声分散，得到溶液C；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于第三溶剂中，制成溶液D；随后在搅拌下，将一定量的溶液D滴加到溶液C中，继续搅拌20-40分钟；最后将得到的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，120-160℃的温度下水热处理，反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，经洗涤、干燥，即得到锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料； 其中，锡酸锌与硝酸铋的摩尔比在1：1-3：7之间。
2.根据权利要求1所述的复合光催化材料，其特征在于，步骤（1）中的第一溶剂、步骤（2）中的第二溶剂、第三溶剂独立的选自去离子水、无水乙醇或乙二醇中任意一种。
3.一种根据权利要求1所述的可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）纯锡酸锌的制备：分别称取等摩尔量的五水四氯化锡、二水乙酸锌溶于一定体积的第一溶剂中，标记为A；将氢氧化钾溶于一定体积的去离子水中，标记为B；在磁力搅拌下，将溶液B滴加到溶液A中，继续搅拌20-40分钟，得到锡酸锌前驱体溶液；将搅拌均匀后的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，120-160℃的温度下水热处理，反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，将得到的样品用去离子水和无水乙醇洗涤数次，并干燥，即获得纯的锡酸锌粉体；
（2）锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料的制备：取一定量的步骤（1）所制备的锡酸锌样品加入到一定的第二溶剂中，超声分散，得到溶液C；将等摩尔量的五水硝酸铋和碘化钾溶于第三溶剂中，制成溶液D；随后在搅拌下，将一定量的溶液D滴加到溶液C中，继续搅拌20-40分钟；最后将得到的混合溶液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，120-160℃的温度下水热处理，反应结束后待自然冷却至室温，离心分离沉淀，经洗涤、干燥，即得到锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料； 其中，锡酸锌与硝酸铋的摩尔比在1：1-3：7之间。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的第一溶剂、步骤（2）中的第二溶剂、第三溶剂独立的选自去离子水、无水乙醇或乙二醇中任意一种。
5. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，溶液A中，五水四氯化锡的摩尔浓度为0.01-0.1 mol/L；溶液B中，氢氧化钾的浓度为0.1-1.0 mol/L，其中，溶液B与溶液A的体积比为0.06：1-6：1；水热处理5-22小时；干燥温度为60-85℃。
6. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，溶液C中，锡酸锌的浓度为0.15-1.35 mol/L；溶液D中，五水硝酸铋的浓度为0.01- 0.15 mol/L；水热处理5-22小时；干燥温度为60-85℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210058129.2A CN114377704B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210058129.2A CN114377704B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114377704A CN114377704A (zh) | 2022-04-22 |
| CN114377704B true CN114377704B (zh) | 2024-03-08 |
Family
ID=81203321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210058129.2A Active CN114377704B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114377704B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014040331A (ja) * | 2012-08-21 | 2014-03-06 | Fujifilm Corp | 亜鉛錫酸化物の製造方法 |
| CN104646040A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-05-27 | 济南大学 | 一种BiOI/Zn2GeO4异质结可见光催化剂的制备方法及应用 |
| CN104941671A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-09-30 | 郑州大学 | 一种铁酸锌/碘氧化铋磁性复合可见光催化剂及其制备方法 |
| CN106492848A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-03-15 | 洛阳理工学院 | 一种溴氧化铋与纳米锡酸锌异质结及其制备方法 |
| CN106881120A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-06-23 | 济南大学 | 一种Bi7O9I3/Zn2SnO4异质结可见光催化剂的制备方法及应用 |
| CN111939937A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-17 | 杭州电子科技大学 | 一种锡酸锌/硫化铟带刺纳米花压电/光催化剂及其制备方法 |
-
2022
- 2022-01-19 CN CN202210058129.2A patent/CN114377704B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014040331A (ja) * | 2012-08-21 | 2014-03-06 | Fujifilm Corp | 亜鉛錫酸化物の製造方法 |
| CN104646040A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-05-27 | 济南大学 | 一种BiOI/Zn2GeO4异质结可见光催化剂的制备方法及应用 |
| CN104941671A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-09-30 | 郑州大学 | 一种铁酸锌/碘氧化铋磁性复合可见光催化剂及其制备方法 |
| CN106492848A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-03-15 | 洛阳理工学院 | 一种溴氧化铋与纳米锡酸锌异质结及其制备方法 |
| CN106881120A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-06-23 | 济南大学 | 一种Bi7O9I3/Zn2SnO4异质结可见光催化剂的制备方法及应用 |
| CN111939937A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-17 | 杭州电子科技大学 | 一种锡酸锌/硫化铟带刺纳米花压电/光催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Efficient photocatalytic degradation of bisphenol A and dye pollutants over BiOI/Zn2SnO4 heterojunction photocatalyst;Tao Yan et al.;《RSC Advaces》;第5卷;第10688-10696页 * |
| Facile fabrication of p-BiOI/n-Zn2SnO4 heterostructures with highly enhanced visible light photocatalytic performances;Houran Li et al.;《Materials Research Bulletin》;第55卷;第196-204页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114377704A (zh) | 2022-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111389442B (zh) | 负载于泡沫镍表面的p-n异质结复合材料及其制备方法与应用 | |
| Huang et al. | Broad spectrum response flower spherical-like composites CQDs@ CdIn2S4/CdS modified by CQDs with up-conversion property for photocatalytic degradation and water splitting | |
| Yu et al. | NiO nanoparticles dotted TiO2 nanosheets assembled nanotubes PN heterojunctions for efficient interface charge separation and photocatalytic hydrogen evolution | |
| CN109847766A (zh) | 一种共面ZnIn2S4/WO3 Z体系结构催化剂材料 | |
| CN106807411B (zh) | 一种铁酸镧掺杂溴化银复合光催化剂的制备方法 | |
| CN114588888A (zh) | 一种光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN111774057A (zh) | 一种高性能异质结材料Fe2O3/CuO光电极薄膜及其制备方法和应用 | |
| Liu et al. | Achieving cadmium selenide-decorated zinc ferrite@ titanium dioxide hollow core/shell nanospheres with improved light trapping and charge generation for photocatalytic hydrogen generation | |
| Cheng et al. | In-situ construction of high-efficiency phase-transition induced m-Bi2O4/Bi4O7 surface heterojunction photocatalysts and mechanism investigation | |
| CN112495399A (zh) | 一种MoS2纳米花-Ag掺杂多孔BiVO4的光催化降解材料的制法 | |
| CN106423223A (zh) | 一种饼状多孔结构MoSe2@TiO2光催化剂及其制备方法 | |
| Ye et al. | Solid-state Z-scheme assisted hydrated tungsten trioxide/ZnIn2S4 photocatalyst for efficient photocatalytic H2 production | |
| Wang et al. | A novel 2D nanosheets self-assembly camellia-like ordered mesoporous Bi12ZnO20 catalyst with excellent photocatalytic property | |
| CN107930665B (zh) | 一种二维MoS2调控的光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113856702A (zh) | 一种硫化镉纳米棒/硫化亚铜纳米壳异质结构光催化剂及制备方法与应用 | |
| CN112047372B (zh) | 一种CuO多孔纳米片、其制备方法及其在热催化和光热催化方面的应用 | |
| CN113578363A (zh) | 一种可见光响应的含氮缺陷g-C3N4/MoS2二元复合光催化剂、制备方法及应用 | |
| CN106925306B (zh) | 二维超薄ZnO/BiOBr0.9I0.1杂化日光催化剂及其制备方法 | |
| Geng et al. | Efficient photocatalytic inactivation of E. coli by Mn-CdS/ZnCuInSe/CuInS2 quantum dots-sensitized TiO2 nanowires | |
| CN112371113A (zh) | 一种Bi2WO6-rGO可见光催化剂的制备方法和应用 | |
| CN112892607A (zh) | 一种稳定的光催化分解水制氢的三元复合材料及其制备方法 | |
| CN114377704B (zh) | 一种可见光响应的锡酸锌/碘氧铋复合光催化材料及其制备方法 | |
| CN114849762B (zh) | 一种降解亲油性偶氮萘基化合物的g-C3N4/BiOI/Ag2CrO4三元异质结光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN113926480B (zh) | 一种金属合金修饰的层状钙钛矿结构光催化剂的制备方法 | |
| CN115845888A (zh) | PbBiO2Br/Ti3C2复合催化剂的制备方法及其在光催化降解甲基橙中的应用 |
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 |