CN103272584A - 一种全谱光催化剂及其制备方法 - Google Patents

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田�健
桑元华
郝品
赵振环
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Abstract

本发明公开了一种具有全谱光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，是由二氧化钛纳米带和在二氧化钛纳米带上液相生长的钨酸铋纳米片构成，其制备方法是将硝酸铋和二氧化钛纳米带混合，并充分溶解于乙二醇中，再将钨酸钠溶液滴加到上述溶液中，置于水热釜中反应，沉淀物用去离子水，乙醇洗涤，然后将分离到的沉淀物置80±1℃的条件下保温后获得。本发明方法工艺简单，所得到的光催化剂材料在紫外，可见光，近红外光下均具有优异的光催化效果，能迅速光催化降解有机污染物，大大提高了光催化反应对太阳光的利用率，拓宽了太阳光的利用范围。

Description

一种全谱光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种全谱光催化剂及其制备方法，尤其涉及一种具有全谱（紫外，可见，近红外）光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂及其制备方法。属于光催化材料及其制备的领域。
背景技术
在太阳光的谱段中，紫外光占到太阳光总能量的5%，其中利用紫外光进行光催化最典型半导体材料的就是二氧化钛，其具有价格低，化学性质稳定等优点，但其光吸收仅仅限于紫外光区。在太阳光谱中，可见光的能量占到48%，氧化铈，钼酸铋，氧化亚铜等可见光催化剂也日益引起广泛的研究。然而，在太阳光谱中，占总能量44%的近红外波段，一直以来没有合适的光催化剂对其实现有效利用。
一维二氧化钛纳米带由于表面可以负载金属、氧化物以及可见光催化剂等，日益成为研究的热点。但是拓展二氧化钛纳米带的光响应光谱范围从紫外光光区到可见光光区，甚至近红外光光区，已成为增强二氧化钛纳米带光催化效应所面临和需要解决的问题。钨酸铋是一种能被可见光激发的半导体材料，禁带宽度为2.8eV，在二氧化钛纳米带表面负载钨酸铋，既可以降低光生电子空穴的复合，也可以拓展光催化响应，是一种有效的增光催化效应的技术途径。然而迄今为止，对于钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂的制备及紫外，可见，近红外光催化应用还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有全谱（紫外，可见，近红外）光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂及其制备方法。
本发明所述的具有全谱光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，其特征在于：所述光催化剂由二氧化钛纳米带和在二氧化钛纳米带上液相生长的钨酸铋纳米片构成，其中所述二氧化钛纳米带的宽度为50-300nm，厚度为20-50nm，所述在二氧化钛纳米带上液相生长的钨酸铋纳米片的宽度为10-20nm，长度为20-30nm。
上述具有全谱光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂由如下方法制得：
（1）将摩尔比为1:12～12:1的硝酸铋和二氧化钛纳米带混合，充分溶解于乙二醇中；
（2）再将1/2硝酸铋摩尔量的钨酸钠溶液滴加到步骤（1）的溶液中，并磁力搅拌0.5±0.1小时，然后将搅拌后的溶液置于水热反应釜内，200±1℃下反应12±1小时；
（3）过滤步骤（2）中反应后的溶液，将生成的沉淀物用去离子水，乙醇洗涤，然后将分离到的沉淀物置80±1℃的条件下保温12±1小时，即得到具有全谱光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂。
上述具有全谱光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂的制备方法中：所述硝酸铋和二氧化钛纳米带混合的摩尔比优选为2:12。
本发明利用水热法得到一种具有全谱（紫外，可见，近红外）光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，实验证实该光催化剂具有比表面积大，可以有效抑制光生电子空穴的复合并在紫外，可见光，近红外光下均具有优异的光催化效果，具备了很好的太阳光全谱光催化活性，能迅速光催化降解有机污染物，大大提高了光催化反应对太阳光的利用率，拓宽了太阳光的利用范围。
附图说明
图1为本发明实施例2制备的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构的扫描电镜（SEM）像（图a）、低倍透射电镜（TEM）像（图b）和高分辨透射电镜（HRTEM）像（图c）。
图2为本发明实施例2制备的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构和单一结构氧化铈纳米颗粒、二氧化钛纳米带、P25对甲基橙溶液的光催化降解率-时间的变化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明，但并不限制本发明的内容。
实施例1
将摩尔比为1:12的硝酸铋和二氧化钛纳米带混合，充分溶解于乙二醇有机溶剂中，再将1/2硝酸铋摩尔量的钨酸钠溶液滴加到上述溶液中，并磁力搅拌半小时，然后将搅拌后的溶液置于水热反应釜内200℃下反应12小时，过滤反应后的溶液，将生成的沉淀物用去离子水和乙醇洗涤，然后将分离到的沉淀物置80℃保温12小时，即得到具有全谱光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，其中所述二氧化钛纳米带的宽度为50-300nm，厚度为20-50nm，所述在二氧化钛纳米带上液相生长的钨酸铋纳米片的宽度为10-20nm，长度为20-30nm。
实施例2
将摩尔比为2:12的硝酸铋和二氧化钛纳米带混合，充分溶解于乙二醇有机溶剂中，再将1/2硝酸铋摩尔量的钨酸钠溶液滴加到上述溶液中，并磁力搅拌半小时，然后将搅拌后的溶液置于水热反应釜内200℃下反应12小时，过滤反应后的溶液，将生成的沉淀物用去离子水和乙醇洗涤，然后将分离到的沉淀物置80℃保温12小时，即得到具有全谱光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，其中所述二氧化钛纳米带的宽度为50-300nm，厚度为20-50nm，所述在二氧化钛纳米带上液相生长的钨酸铋纳米片的宽度为10-20nm，长度为20-30nm。
上述所得钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构的SEM，TEM和HRTE如图1所示，证明了钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构的形成。图2为所得钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构的光催化降解率-时间的变化曲线。结果表明，与单一结构的钨酸铋纳米片、二氧化钛纳米带、P25相比，钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构在紫外、可见光、近红外光下对甲基橙均具有很高的光催化效率，有效提高了对太阳光的利用效率。
实施例3
将摩尔比为1:1的硝酸铋和二氧化钛纳米带混合，充分溶解于乙二醇有机溶剂中，再将1/2硝酸铋摩尔量的钨酸钠溶液滴加到上述溶液中，并磁力搅拌半小时，然后将搅拌后的溶液置于水热反应釜内200℃下反应12小时，过滤反应后的溶液，将生成的沉淀物用去离子水和乙醇洗涤，然后将分离到的沉淀物置80℃保温12小时，即得具有全谱（紫外，可见，近红外）光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，其中所述二氧化钛纳米带的宽度为50-300nm，厚度为20-50nm，所述在二氧化钛纳米带上液相生长的钨酸铋纳米片的宽度为10-20nm，长度为20-30nm。
实施例4
将摩尔比为12:2的硝酸铋和二氧化钛纳米带混合，充分溶解于乙二醇有机溶剂中，再将1/2硝酸铋摩尔量的钨酸钠溶液滴加到上述溶液中，并磁力搅拌半小时，然后将搅拌后的溶液置于水热反应釜内200℃下反应12小时，过滤反应后的溶液，将生成的沉淀物用去离子水和乙醇洗涤，然后将分离到的沉淀物置80℃保温12小时，即得具有全谱（紫外，可见，近红外）光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，其中所述二氧化钛纳米带的宽度为50-300nm，厚度为20-50nm，所述在二氧化钛纳米带上液相生长的钨酸铋纳米片的宽度为10-20nm，长度为20-30nm。
实施例5
将摩尔比为12:1的硝酸铋和二氧化钛纳米带混合，充分溶解于乙二醇有机溶剂中，再将1/2硝酸铋摩尔量的钨酸钠溶液滴加到上述溶液中，并磁力搅拌半小时，然后将搅拌后的溶液置于水热反应釜内200℃下反应12小时，过滤反应后的溶液，将生成的沉淀物用去离子水和乙醇洗涤，然后将分离到的沉淀物置80℃保温12小时，即得具有全谱（紫外，可见，近红外）光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，其中所述二氧化钛纳米带的宽度为50-300nm，厚度为20-50nm，所述在二氧化钛纳米带上液相生长的钨酸铋纳米片的宽度为10-20nm，长度为20-30nm。

Claims (2)

1.一种具有全谱光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，其特征在于：所述光催化剂由二氧化钛纳米带和在二氧化钛纳米带上液相生长的钨酸铋纳米片构成，其中所述二氧化钛纳米带的宽度为50-300nm，厚度为20-50nm，所述在二氧化钛纳米带上液相生长的钨酸铋纳米片的宽度为10-20nm，长度为20-30nm；并且所述光催化剂由如下方法制得：
（1）将摩尔比为1:12～12:1的硝酸铋和二氧化钛纳米带混合，充分溶解于乙二醇中；
（2）再将1/2硝酸铋摩尔量的钨酸钠溶液滴加到步骤（1）的溶液中，并磁力搅拌0.5±0.1小时，然后将搅拌后的溶液置于水热反应釜内，200±1℃下反应12±1小时；
（3）过滤步骤（2）中反应后的溶液，将生成的沉淀物用去离子水，乙醇洗涤，然后将分离到的沉淀物置80±1℃的条件下保温12±1小时，即得到具有全谱光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂。
2.如权利要求1所述具有全谱光催化降解污染物性能的钨酸铋/二氧化钛纳米带表面异质结构光催化剂，其特征在于：步骤（1）所述硝酸铋和二氧化钛纳米带混合的摩尔比为2:12。
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