CN110180532A - 一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及其制备方法，通过氧化石墨烯的加入，在光催化剂中引入了碳原子，进而在光催化剂的价带与导带间同时形成了杂质能级和缺陷中间能级，改变了光生电子的激发传输路径，促进了光生电荷的迁移转化，进而抑制了光生电子‑空穴对的复合。同时也扩宽了可见光响应的范围，提高了可见光的利用率，最终使制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂提高了对NO的去除率。此外，本发明实施例示出的制备方法所制备出的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的原料新颖。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂领域，尤其涉及一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及其制备方法。
背景技术
随着人类科技文明的进步，工业得到了大规模地发展，汽车也越来越普及，大量的氮氧化物排放入大气中。氮氧化物作为光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏的污染物，氮氧化物已经成为世界各国亟待解决的大气污染物。可见光驱动的光催化方法作为一种环境友好的绿色技术在环境污染净化和太阳能能源转化方面都展现出了良好的应用前景。可见光驱动的光催化方法能使氮氧化物在光催化剂作用下发生氧化反应，生成H2O、硝酸盐、亚硝酸等而达到无害化，从而净化环境。
铋系光催化剂具有良好的光催化活性，可以有效地降解氮氧化物。大部分铋系光催化剂能被可见光激发，具有可见光催化活性。
但是，现有技术制备的铋系光催化剂的光量子转换效率较低，光响应范围窄，太阳能(可见光)利用率低等问题的存在阻碍了光催化技术的应用。现有技术制备的铋系光催化剂不能在价带与导带之间同时构建杂质能级和缺陷中间能级，无法良好的改善光生电子从价带到导带跃迁激发路径，进而无法良好的促进光生电子的迁移效率的提高。
发明内容
本发明提供了一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及其制备方法，通过制备出含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂，由于碳原子的引入，可在光催化剂的价带与导带之间同时构建杂质能级和缺陷中间能级，改变了光生电子从价带到导带跃迁激发路径，以达到提高光催化剂的光量子转换效率，增强其可见光催化活性的目的。
第一方面，本发明提供了一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S101：将乙酸加入到水热釜中，得到乙酸溶液；
S102：将五水硝酸铋和二水钨酸钠搅拌加入到乙酸溶液中，得到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液；
S103：将氧化石墨烯加入到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液中，在室温下进行磁力搅拌后，将水热釜转移到烘箱中，烘箱对水热釜进行加热，反应完成后冷却至室温，静置沉淀得到第一沉淀物；
S104：将第一沉淀物转移至离心管，进行离心洗涤，得到第二沉淀物；
S105：将第二沉淀物在烘箱中进行干燥，得到氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂。
可选择地，五水硝酸铋与二水钨酸钠的摩尔比为2:1。
可选择地，离心洗涤用的溶液为去离子水和乙醇，离心洗涤包括分别先后用去离子水、乙醇各洗涤两次。
可选择地，氧化石墨烯的质量分数为2wt％-10wt％。
可选择地，乙酸溶液的体积分数为20％。
可选择地，烘箱对水热釜进行加热的温度为160℃，反应时间为24小时。
另一方面，本发明提供了一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂，该含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂在可见光照射的条件下对NO的去除率为25％-40％。
由以上技术方案可知，本发明提供了一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及其制备方法，通过氧化石墨烯的加入，在光催化剂中引入了碳原子，进而在光催化剂的价带与导带间同时形成了杂质能级和缺陷中间能级，改变了光生电子的激发传输路径，促进了光生电荷的迁移转化，进而抑制了光生电子-空穴对的复合。同时也扩宽了可见光响应的范围，提高了可见光的利用率，最终使制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂提高了对NO的去除率。此外，本发明实施例示出的制备方法所制备出的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的原料新颖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的制备方法的流程图；
图2是本发明实施例1、2、3、4、5制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂的XRD图，(XRD为X-ray diffraction的缩写，即X射线衍射)；
图3是本发明实施例4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的SEM图，(SEM为scanning electron microscope的缩写，即扫描电子显微镜)；
图4是本发明实施例1制备的正交晶系钨酸铋光催化剂的SEM图；
图5是本发明实施例4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的HRTEM图，(HRTEM为high resolution transmission electron microscope的缩写，即高分辨率透射电子显微镜)；
图6是本发明实施例1制备的正交晶系钨酸铋光催化剂的HRTEM图；
图7是本发明实施例1、3、4、5制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂的XPS的SURVERY图，(XPS图为X-ray photoelectron spectroscop的缩写，即X射线光电子能谱分析)；
图8是本发明实施例1、4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂各自晶相的C1s的高分辨XPS图；
图9是本发明实施例1、4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂的光电流谱图；
图10是本发明实施例1、2、3、4、5制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂的UV-Vis DRS图，(UV-Vis DRS为UV-Visible diffuse-reflectionspectra，即紫外可见漫反射)；
图11是本发明实施例1、2、3、4、5制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂在可见光条件下对NO降解的降解效率对比图；
图12是本发明实施例1、4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂在可见光条件下对NO降解的活性自由基检测图；
图13是本发明实施例1、4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂在可见光条件下对NO降解的活性自由基检测图；
图14是本发明实施例1、4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂在可见光条件下对NO降解的自由电子检测图；
图15是本发明实施例1、4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂的时间分辨荧光寿命图；
图16是本发明实施例1、4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂的DOS图，(DOS为Density ofstates，即态密度)；
图17是本发明实施例1、4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂的固相EPR图；
图18是本发明实施例1制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂的原位红外图；
图19是本发明实施例4制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂的原位红外图。
其中，BWO为实施例1示出的制备方法制备的正交晶型钨酸铋光催化剂；BWOC-2为实施例2示出的制备方法制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂；BWOC-5为实施例3示出的制备方法制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂；BWOC-7.5为实施例4示出的制备方法制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂；BWOC-10为实施例5示出的制备方法制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于再次描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
参见图1，为本发明提供的一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂制备方法的流程图。第一方面，本发明提供了一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S101：将乙酸加入到水热釜中，得到乙酸溶液；
S102：将五水硝酸铋和二水钨酸钠搅拌加入到乙酸溶液中，得到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液；
S103：将氧化石墨烯加入到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液中，在室温下进行磁力搅拌后，将水热釜转移到烘箱中，烘箱对水热釜进行加热，反应完成后冷却至室温，静置沉淀得到第一沉淀物；
S104：将第一沉淀物转移至离心管，进行离心洗涤，得到第二沉淀物；
S105：将第二沉淀物在烘箱中进行干燥，得到氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂。
可选择地，五水硝酸铋与二水钨酸钠的摩尔比为2:1。
可选择地，离心洗涤用的溶液为去离子水和乙醇，离心洗涤包括分别先后用去离子水、乙醇各洗涤两次。
可选择地，氧化石墨烯的质量分数为2wt％-10wt％。
可选择地，乙酸溶液的体积分数为20％。
可选择地，烘箱对水热釜进行加热的温度为160℃，反应时间为24小时。
另一方面，本发明提供了一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂，该含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂在可见光照射的条件下对NO的去除率为25％-40％。
经过分析实验可知，通过上述制备方法制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂其催化活性要高于对应本底的催化活性，并且制备方法简单，有利于实际的应用。
通过对本发明实施例所制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂进行表征，可得知氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂具有以下特性：
(1)对氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂进行XRD分析(如图2所示)，证实制备出了氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂。
(2)对氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂、正交晶系钨酸铋光催化剂进行SEM分析(如图3、4所示)，证实本发明实施例1、4示出的制备方法制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂由纳米片自组装成花状微球。
(3)对氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂、正交晶系钨酸铋光催化剂进行HRTEM分析(如图5、6所示)，均可观察到清晰的晶格条纹。
(4)对氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂和正交晶相钨酸铋光催化剂进行XPS分析(如图7所示)，证实氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂中存在Bi、W、O、C元素。
(5)对氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂，对其晶相的C1s的高分辨XPS图进行分析(如图8所示)，可观察到峰高增大，证实了有碳元素掺杂进入钨酸铋光催化剂上。
(6)对氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂和正交晶相钨酸铋光催化剂进行光电流谱测试分析(如图9所示)，证实氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂使得光电流强度增大，电子迁移率增高。
(7)对氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂和正交晶相钨酸铋光催化剂进行UV-Vis DRS分析(如图10所示)，证实氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂能在紫外-可见-红外区域对光的吸收能力增加，扩宽了光吸收范围，同时发生了红移现象。
(8)对氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂和正交晶相钨酸铋光催化剂进行时间分辨荧光寿命测试分析(如图15所示)，证实氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的荧光寿命增加，光生电子和空穴的分离作用增强。
本发明对氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂和正交晶相钨酸铋光催化剂性能进行测试。测试过程如下：
(1)分别将0.2克实施例制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂和正交晶相钨酸铋光催化剂置于NO连续流中反应器中。
(2)在黑暗条件下，当NO浓度达到平衡时，采用功率为150 W的卤钨灯作为可见光源，并且用420nm的截止滤光片滤除紫外光，当NO浓度达到平衡时对氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂和正交晶相钨酸铋光催化剂进行照射。
上述催化性能测试过程的条件为：相对湿度60％，氧气含量为21％，NO气流的流量为2.4 L/min，NO的初始浓度为500ppb。
本发明实施例提供的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂对NO降解的降解作用如下：
(1)含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及对应钨酸铋本底光催化剂在可见光条件下对NO降解的降解效率对比图，氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂对NO的降解率为25％-40％(如图11所示)，要明显高于纯相钨酸铋光催化剂对NO的降解率，降解率的计算公式为η(％)＝(1-C/C0)×100％，C0为初始NO浓度，C为光照30min后NO的瞬时浓度。
(2)超氧负离子(·O2 -)和羟基自由基(·OH)是氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂在可见光条件下降解NO的主要降解自由基(如图12、13、14所示)。
(3)由密度泛函理论计算可以看出，相较于纯正交晶相钨酸铋光催化剂，经过加入氧化石墨烯进一步处理后的钨酸铋光催化剂，碳原子的掺杂在其各自价带与导带间形成了杂质能级和缺陷中间能级。这改变了光生电子从价带到导带跃迁激发路径，由原来电子从价带→导带的迁移路径变为价带→杂质能级→缺陷中间能级→导带的迁移方式。有效提高了光生电子的迁移效率，一定程度上抑制了光生电子-空穴对的复合，很好的提高了催化剂在可见光下对NO的降解率(如图16所示)。
(4)经过氧化石墨烯进一步处理后的正交晶相的钨酸铋光催化剂，相较于其各自未被进一步处理的钨酸铋光催化剂本底，图中增强的信号峰可认为是氧缺陷的信号。这也说明，碳原子的成功引入使氧缺陷构建在铋复合钨酸铋光催化剂中(如图17所示)。
(5)相较于纯相的钨酸铋光催化剂，含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的原位红外图谱中出现了中间产物NO+，证实掺杂原子和缺陷影响了NO降解的转化路径，促进了光生载流子的迁移转化，同时有利于NO的吸附与转化，提升光催化剂对NO污染物的去除表现(如图18、19所示)。
实施例1：
1)将含有25mL体积分数为20％的乙酸加入到50mL的水热釜中，得到乙酸溶液；
2)将五水硝酸铋和二水钨酸钠加入到乙酸溶液中，五水硝酸铋和二水钨酸钠加入量的摩尔比为2:1，得到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液；
3)将含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液在室温下磁力搅拌30分钟，取出搅拌子后，将水热釜转移到烘箱中，在160℃的条件下反应24h，待反应完毕后冷却至室温，静置沉淀，得到第一沉淀物；
4)将第一沉淀物转移至离心管，用乙醇和去离子水分别前后洗涤各两次，得到第二沉淀物；
5)将第二沉淀物在烘箱中于60℃条件下进行干燥，得到纯正交晶相的钨酸铋纳米片光催化剂。
对本发明实施例制备的纯正交晶相钨酸铋光催化剂通过XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS、表面光电压谱、PL、UV-Vis DRS、ESR、EPR、时间分辨荧光寿命、原位红外进行表征。
本发明实施例制备的纯正交晶相钨酸铋光催化剂对NO进行降解以确定其光催化活性，具体过程为：在相对湿度60％，氧气含量为21％，NO气流的流量为2.4 L/min，NO的初始浓度为500ppb的条件下，将0.2g实施例制备的纯正交晶相钨酸铋光催化剂置于NO连续流中反应器中，采用功率为150 W的卤钨灯作为可见光源，并且用420nm的截止滤光片滤除紫外光，当NO浓度达到平衡时对所述纯正交晶相钨酸铋光催化剂进行照射，计算得到本发明实施例制备的纯正交晶相钨酸铋光催化剂对NO的降解率为14％。
实施例2：
1)将含有25mL体积分数为20％的乙酸加入到50mL的水热釜中，得到乙酸溶液；
2)将五水硝酸铋和二水钨酸钠加入到乙酸溶液中，五水硝酸铋和二水钨酸钠加入量的摩尔比为2:1，得到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液；
3)将质量分数为2wt％的氧化石墨烯加入到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液在室温下磁力搅拌30分钟，取出搅拌子后，将水热釜转移到烘箱中，烘箱对水热釜进行加热，在160℃的条件下反应24h，待反应完毕后冷却至室温，静置沉淀，得到第一沉淀物；
4)将第一沉淀物转移至离心管，用乙醇和去离子水分别前后洗涤各两次，得到第二沉淀物；
5)将第二沉淀物在烘箱中于60℃条件下进行干燥，得到氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂。
对本发明实施例制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的表征及对NO的降解测试过程同实施例1。计算得到本发明实施例制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂对NO的降解率为25％。
实施例3：
1)将含有25mL体积分数为20％的乙酸加入到50mL的水热釜中，得到乙酸溶液；
2)将五水硝酸铋和二水钨酸钠加入到乙酸溶液中，五水硝酸铋和二水钨酸钠加入量的摩尔比为2:1，得到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液；
3)将质量分数为5wt％的氧化石墨烯加入到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液在室温下磁力搅拌30分钟，取出搅拌子后，将水热釜转移到烘箱中，烘箱对水热釜进行加热，在160℃的条件下反应24h，待反应完毕后冷却至室温，静置沉淀，得到第一沉淀物；
4)将第一沉淀物转移至离心管，用乙醇和去离子水分别前后洗涤各两次，得到第二沉淀物；
5)将第二沉淀物在烘箱中于60℃条件下进行干燥，得到氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂。
对本发明实施例制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的表征及对NO的降解测试过程同实施例1。计算得到本发明实施例制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂对NO的降解率为32％。
实施例4：
1)将含有25mL体积分数为20％的乙酸加入到50mL的水热釜中，得到乙酸溶液；
2)将五水硝酸铋和二水钨酸钠加入到乙酸溶液中，五水硝酸铋和二水钨酸钠加入量的摩尔比为2:1，得到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液；
3)将质量分数为7.5wt％的氧化石墨烯加入到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液在室温下磁力搅拌30分钟，取出搅拌子后，将水热釜转移到烘箱中，烘箱对水热釜进行加热，在160℃的条件下反应24h，待反应完毕后冷却至室温，静置沉淀，得到第一沉淀物；
4)将第一沉淀物转移至离心管，用乙醇和去离子水分别前后洗涤各两次，得到第二沉淀物；
5)将第二沉淀物在烘箱中于60℃条件下进行干燥，得到氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂。
对本发明实施例4制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的表征及对NO的降解测试过程同实施例1。计算得到本发明实施例制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂对NO的降解率为40％。
实施例5：
1)将含有25mL体积分数为20％的乙酸加入到50mL的水热釜中，得到乙酸溶液；
2)将五水硝酸铋和二水钨酸钠加入到乙酸溶液中，五水硝酸铋和二水钨酸钠加入量的摩尔比为2:1，得到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液；
3)将质量分数为10wt％的氧化石墨烯加入到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液在室温下磁力搅拌30分钟，取出搅拌子后，将水热釜转移到烘箱中，烘箱对水热釜进行加热，在160℃的条件下反应24h，待反应完毕后冷却至室温，静置沉淀，得到第一沉淀物；
4)将第一沉淀物转移至离心管，用乙醇和去离子水分别前后洗涤各两次，得到第二沉淀物；
5)将第二沉淀物在烘箱中于60℃条件下进行干燥，得到氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂。
对本发明实施例制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的表征及对NO的降解测试过程同实施例1。计算得到本发明实施例制备的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂对NO的降解率为35％。
表1为上述实施例1-5中各光催化剂对NO降解的降解率：
从表1可以看出，经过在光催化剂制备过程中加入氧化石墨烯引入掺杂碳原子制备出的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂对NO的降解相对于纯正交晶相钨酸铋光催化剂对NO的降解来说，前者的降解效果明显提高。这是由于掺杂碳原子在光催化剂价带与导带间形成了杂质能级和缺陷中间能级，这也就改变了光生电子从价带到导带跃迁激发路径，由原来电子从价带→导带的迁移路径变为价带→杂质能级→缺陷中间能级→导带的迁移方式。有效提高了光生电子的迁移效率，一定程度上抑制了光生电子-空穴对的复合，很好的提高了催化剂在可见光下对NO的降解率。本发明提供的方法经济成本低廉，操作简单易行。同时利用掺杂碳原子同时引入氧缺陷在光催化剂上提升了光催化剂的可见光吸收范围，增强了光催化剂的性能。
需要说明的是，本发明实施例提供的氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂对硫化物、挥发性有机化合物、非NO的氮氧化合物等其它空气污染物的催化机理与对氮氧化物的催化机理相同，因此本发明实施例中通过对NO的降解测试具有代表性。
虽然已经以具体实施例的方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说明显的是，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种变化和修改，这些变化和修改同样包括在本发明的范围内。
由以上技术方案可知，本发明提供了一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂及其制备方法，通过氧化石墨烯的加入，在光催化剂中引入了碳原子，进而在光催化剂的价带与导带间同时形成了杂质能级和缺陷中间能级，改变了光生电子的激发传输路径，促进了光生电荷的迁移转化，进而抑制了光生电子-空穴对的复合。同时也扩宽了可见光响应的范围，提高了可见光的利用率，最终使制备的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂提高了对NO的去除率。此外，本发明实施例示出的制备方法所制备出的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂的原料新颖。
以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S101：将乙酸加入到水热釜中，得到乙酸溶液；
S102：将五水硝酸铋和二水钨酸钠搅拌加入到所述乙酸溶液中，得到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液；
S103：将氧化石墨烯加入到含有五水硝酸铋和二水钨酸钠的乙酸溶液中，在室温下进行磁力搅拌后，将水热釜转移到烘箱中，烘箱对水热釜进行加热，反应完成后冷却至室温，静置沉淀得到第一沉淀物；
S104：将所述第一沉淀物转移至离心管，进行离心洗涤，得到第二沉淀物；
S105：将第二沉淀物在烘箱中进行干燥，得到氧化石墨烯介导的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂。
2.如权利要求1所述的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂制备方法，其特征在于，所述五水硝酸铋与所述二水钨酸钠的摩尔比为2:1。
3.如权利要求1所述的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂制备方法，其特征在于，所述离心洗涤用的溶液为去离子水和乙醇，所述离心洗涤包括分别先后用去离子水、乙醇各洗涤两次。
4.如权利要求1所述的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的质量分数为2wt％-10wt％。
5.如权利要求1所述的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂制备方法，其特征在于，所述乙酸溶液的体积分数为20％。
6.如权利要求1所述的含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂制备方法，其特征在于，所述烘箱对水热釜进行加热的温度为160℃，反应时间为24小时。
7.一种含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂，其特征在于，所述含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂由权利要求1-6任意一项所述的制备方法制备而成；
所述含有氧缺陷的碳掺杂钨酸铋光催化剂在可见光照射的条件下对NO的去除率为25％-40％。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190830 |