CN116984007A - 一种0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化技术领域，将Bi3TiNbO9粉体加入去离子水中搅拌形成悬浮液，后加入AgNO3粉体，搅拌均匀后，再加入Na2HPO4·12H2O溶液，通过在钛铌酸铋的表面引入磷酸银并构筑0D/2D异质结，利用异质结的内建电场促进光生载流子分离，同时利用窄带隙磷酸银对可见光的良好响应，扩展光催化剂的光谱吸收范围，并抑制磷酸银的光腐蚀，最终获得的0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的活性位点多，光生载流子分离效率高，具有优异的光催化降解染料的性能。此外，本发明的制备工艺简单，反应温度低，反应时间短，材料成本低，适合产业化生产。
Description
技术领域
本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
半导体光催化技术的兴起已有几十年的时间，从发现“本多-藤岛效应”开始，即Honda指导学生Fujishima，发现了紫外光照射TiO2电极将水分解为氢气和氧气，将这个现象称为Honda-Fujishima Effect。1972年7月，他们将这个现象发表在Nature上，从此揭开了光催化新时代的序幕。1976年Garey等人研究发现了多氯联苯在紫外光照射TiO2的条件下有效分解，说明光催化技术可以应用于消除水体与环境污染，继而进一步推动了半导体光催化研究热潮。近年来，人们对光催化在环境保护方面的作用有了新的认识。光催化是一种新兴的环境科学与环境工程技术相结合的高新技术领域。但是光催化技术的大规模工业化应用仍然面临着很大的挑战，例如，太阳能转换效率过低，制约了光催化技术走向实用化。
铁电材料的内部自发极化场被证明能够有效驱动光生电荷的分离，抑制光生电荷间的复合，提高光催化效率，正得到越来越多科研工作者的关注。近年来铁电Bi3TiNbO9晶体因其典型的铁电性能，被成功用作光催化剂来降污染物、光分解水和光还原二氧化碳。Jiang等人采用Cr/Nb共掺杂策略显着减小Bi3TiNbO9的带隙接近1eV。仅10％的Cr/Nb共掺杂，氢产量提高了两倍以上(Jiang L,Ni S,Liu G,et al.Photocatalytic hydrogenproduction over Aurivillius compound Bi3TiNbO9 and its modifications by Cr/Nbco-doping[J].Applied Catalysis B:Environmental,2017,217:342–352.)。Cui等人通过Fe3+掺杂策略，同时在Bi3TiNbO9纳米片中诱导氧空位并增强铁电极化，显著提高了光降解效率(Cui Y,Guo P,Dang P,et al.Improved photodegradation efficiency in Fe3+-doped Bi3TiNbO9 nanosheets through oxygen vacancies introduction andferroelectric polarization enhancement simultaneously[J].Applied SurfaceScience,2022,575:151749.)。但是文献报道的Bi3TiNbO9的催化性能仍然是有限的，其内部光生载流子的分离效率有待进一步提高；同时关于Bi3TiNbO9的改性方法也较单一，主要集中在掺杂策略上。
针对现有的Bi3TiNbO9存在的禁带宽度较大，只能吸收紫外光，无法充分利用太阳能光谱中的可见光，同时其内部光生载流子的分离效率较低的技术问题，急需对其进行改性研究，进而提升其光催化性能。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂及其制备方法和应用，以解决现有的Bi3TiNbO9存在的禁带宽度较大，只能吸收紫外光，无法充分利用太阳能光谱中的可见光，同时其内部光生载流子的分离效率较低的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，包括：将Bi3TiNbO9粉体加入去离子水中搅拌形成悬浮液，后加入AgNO3粉体，搅拌均匀后，加入Na2HPO4·12H2O溶液，遮光搅拌反应均匀后，经洗涤，干燥，得到0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂。
优选地，Ag3PO4粉体：Bi3TiNbO9粉体的质量比为20：(1～4)；AgNO3粉体：Na2HPO4·12H2O的摩尔比为(2.95～3.05)：(1.95～2.05)。
优选地，搅拌的温度为20～30℃，时间为0.4～0.6h。
优选地，遮光搅拌的温度为20～30℃，时间为1.5～2.5h。
优选地，干燥的温度为45～55℃，时间为11～13h。
优选地，Bi3TiNbO9粉体采用熔盐法制备，具体的制备方法为：先将NaCl，KCl和Bi3TiNbO9前驱体混合后，在无水乙醇中球磨，然后经干燥，煅烧，洗涤至上清液检测不到Cl-，最后干燥后，即可获得Bi3TiNbO9粉体。
优选地，NaCl：KCl：Bi3TiNbO9前驱体按摩尔比为(49.8～50.2)：(49.8～50.2)：(0.98～1.02)混合；Bi3TiNbO9前驱体由Bi2O3：TiO2：Nb2O5按质量比为(1.397～1.399)：(0.159～0.161)：(0.265～0.267)混合而成。
优选地，球磨的时间为3.5～4.5h；干燥的温度为45～55℃，时间为11～13h；煅烧的温度为798～802℃，时间为1.98～2.02h。
本发明还公开了上述制备方法制得的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂。
本发明还公开了上述0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂在降解有机染料中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，用熔盐法结合室温共沉淀法制备样品，反应温度低，时间短，适合产业化生产，将Bi3TiNbO9粉体加入去离子水中搅拌形成悬浮液后，加入AgNO3粉体，搅拌均匀后，加入Na2HPO4·12H2O溶液，AgNO3粉体与Na2HPO4·12H2O溶液反应生成Ag3PO4，遮光搅拌均匀后，经洗涤，干燥，得到0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂，通过在铁电Bi3TiNbO9的表面引入Ag3PO4并构筑0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9异质结，一方面，利用异质结的内建电场促进光生载流子分离，抑制电子-空穴复合；另一方面利用窄带隙Ag3PO4对可见光的良好响应，扩展光催化剂的光谱吸收范围，并抑制Ag3PO4的光腐蚀，最终获得的0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂具有高效的光降解罗丹明B的性能，其中Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％光降解效率达到了97％，降解速率分别为纯相Ag3PO4和Bi3TiNbO9的10倍和1.5倍，这种异质结光催化剂有望被应用于污水处理等领域。
进一步地，目前制备Bi3TiNbO9粉体的方法有固相法和溶胶-凝胶法，固相法难以控制均匀性，由于固相法中所使用的固体介质不够均匀，因此可能会导致产物的不均匀性；且需要高温和高压，由于固相法中所使用的反应条件需要高温和高压，因此成本较高。溶胶-凝胶法的原材料较贵，颗粒间烧结性差，干燥时收缩性大，易出现团聚问题。而本发明采用熔盐法制备Bi3TiNbO9粉体，能够降低合成温度，缩短反应时间，节约成本；合成的二维片状的Bi3TiNbO9粉体，其活性位点多，电荷转移距离更短，在光催化领域占据优势。
本发明还公开了上述制备方法制得的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂，0D/2D的形貌特征使其具有增大的比表面积，更多的反应活性位点。
本发明还公开了上述0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂在降解有机染料中的应用，Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％复合光催化剂在6min内的可见光照射下罗丹明B的降解率为97％，其降解速率分别为纯相Ag3PO4和Bi3TiNbO9的10倍和1.5倍，具有高效的光催化性能。
附图说明
图1是本发明实施例1～4公开的不同Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比制备的0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的XRD图；其中，(a)Bi3TiNbO9；(b)Ag3PO4；(c)0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-5％异质结光催化剂；(d)0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-10％异质结光催化剂；(e)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂；(f)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-20％异质结光催化剂；
图2是本发明实施例1～4公开的不同Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比制备的0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的扫描照片图；其中，(a)Ag3PO4；(b)Bi3TiNbO9；(c)低倍镜下的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂，(d)高倍镜下的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂；
图3是本发明实施例1～4公开的不同Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比制备的0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的罗丹明B降解曲线；(a)Bi3TiNbO9；(b)Ag3PO4；(c)0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-5％异质结光催化剂；(d)0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-10％异质结光催化剂；(e)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂；(f)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-20％异质结光催化剂；
图4是本发明实施例1～4公开的不同Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比制备的0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的光降解罗丹明B的线性拟合；(a)Bi3TiNbO9；(b)Ag3PO4；(c)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-5％异质结光催化剂；(d)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-10％异质结光催化剂；(e)0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂；(f)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-20％异质结光催化剂；
图5是本发明公开的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的光催化机理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明通过构筑Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结，在促进光生载流子分离的同时，利用Ag3PO4对可见光的良好响应，扩展光催化剂的光谱吸收范围，并抑制Ag3PO4的光腐蚀，且制备工艺简单，制备得到的Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂，具有高效的光降解有机染料的性能，其光催化效果要远远优于纯相Ag3PO4和Bi3TiNbO9。
一种0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)制备Bi3TiNbO9粉体：根据Bi3TiNbO9组成的化学计量比混合1.397～1.399gBi2O3、0.159～0.161g TiO2和0.265～0.267g Nb2O5，制得Bi3TiNbO9前驱体；然后将作为共熔剂的NaCl和KCl与Bi3TiNbO9前驱体按照NaCl:KCl:Bi3TiNbO9前驱体的摩尔比为(49.8～50.2)：(49.8～50.2)：(0.98～1.02)混合；将上述混合物在无水乙醇中球磨3.5～4.5h，干燥箱中45～55℃干燥11.5～12.5h，并在798～802℃下煅烧1.98～2.02h，然后用热去离子水洗涤粉体至上清液检测不到Cl-；最后将样品在45～55℃下干燥11.5～12.5h即可获得Bi3TiNbO9粉体；
2)将步骤1)得到的Bi3TiNbO9粉体均匀分散在14～16mL去离子水中，固定制备Ag3PO4的质量为0.2g，加入0.2425～0.2445g AgNO3，20～30℃搅拌0.4～0.6h后，向其中匀速滴入14～16mL Na2HPO4·12H2O溶液，保持AgNO3和Na2HPO4·12H2O的摩尔比为(2.95～3.05)：(1.95～2.05)，同时调整Ag3PO4与Bi3TiNbO9的质量比为20:(1～4)，20～30℃遮光搅拌1.5～2.5h后，将反应产物经过洗涤3～5次，45～55℃干燥11.5～12.5h，获得一系列不同Bi3TiNbO9质量分数的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
对比例1
采用熔盐法制备Bi3TiNbO9，具体步骤如下：
1)称取1.398g Bi2O3、0.160g TiO2和0.266g Nb2O5，共熔剂5.844g NaCl和7.455gKCl于球磨罐中；
2)在上述粉体中加入90g球石，25mL无水乙醇(粉体：无水乙醇：球石质量比＝1：1：6)；
3)进行球磨4h后在烘箱中50℃干燥12h；
4)将上述获得粉体置于坩埚中，在800℃煅烧2h；
5)将煅烧后的产物溶于去离子水，在磁力搅拌器上60℃加热，洗涤3次，至检测上清液中无Cl-；
6)洗盐结束后收集粉体在50℃烘12h，即获得Bi3TiNbO9粉体。
对比例2
采用室温共沉淀法制备纯Ag3PO4，具体步骤如下：
1)称取0.2435g AgNO3溶解于包含15ml去离子水中；
2)在上述溶液中匀速滴入0.3423g溶于15mL去离子水的Na2HPO4·12H2O溶液，使AgNO3和Na2HPO4·12H2O的摩尔比为3：2，在磁力搅拌器上遮光并充分搅拌；
3)待反应结束后，将所得产物用去离子水充分洗涤，最后在50℃烘12h，获得Ag3PO4。
实施例1
采用熔盐法与室温共沉淀法制备Ag3PO4/Bi3TiNbO9-x％，其中x＝5，x％为Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比。
一种0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
1)制备Bi3TiNbO9粉体：以1.398:0.160:0.266的质量比混合Bi2O3、TiO2和Nb2O5，得到Bi3TiNbO9前驱体，然后将作为共熔剂的NaCl和KCl与Bi3TiNbO9前驱体以NaCl:KCl:Bi3TiNbO9前驱体＝50:50:1的摩尔比混合；在无水乙醇中球磨4h，干燥箱中50℃干燥12h，并在800℃下煅烧2h，然后用去离子水洗涤粉体至上清液检测不到Cl-；最后将样品放在50℃下干燥12h即可获得Bi3TiNbO9粉体；
2)固定制备Ag3PO4的质量为0.2g，将步骤1)得到的0.01g Bi3TiNbO9粉体均匀分散在15mL去离子水中，加入0.2435g AgNO3，搅拌均匀后向其中匀速滴入15mL Na2HPO4·12H2O溶液，保持AgNO3和Na2HPO4·12H2O的摩尔比为3：2，同时调整Ag3PO4与Bi3TiNbO9的质量比为20：1，在25℃遮光搅拌2h，将所得粉末用去离子水离心洗涤4次，在烘箱中50℃下干燥12h，获得0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂。
实施例2
采用熔盐法与室温共沉淀法制备Ag3PO4/Bi3TiNbO9-x％，其中x＝10，x％为Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比。
一种0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
1)制备Bi3TiNbO9粉体：以1.397:0.159:0.265的质量比混合Bi2O3、TiO2和Nb2O5，得到Bi3TiNbO9前驱体，然后将作为共熔剂的NaCl和KCl与Bi3TiNbO9前驱体以NaCl:KCl:Bi3TiNbO9前驱体＝49.8:49.9:0.99的摩尔比混合；在无水乙醇中球磨3.5h，干燥箱中45℃干燥11.5h，并在798℃下煅烧1.98h，然后用去离子水洗涤粉体至上清液检测不到Cl-；最后将样品放在45℃下干燥11.5h即可获得Bi3TiNbO9粉体；
2)固定制备Ag3PO4的质量为0.2g，将步骤1)得到的0.02g Bi3TiNbO9粉体均匀分散在14mL去离子水中，加入0.2425g AgNO3，搅拌均匀后向其中匀速滴入14mL Na2HPO4·12H2O溶液，保持AgNO3和Na2HPO4·12H2O的摩尔比为2.95：1.95，同时调整Ag3PO4与Bi3TiNbO9的质量比为20：2，在20℃遮光搅拌1.5h，将所得粉末用去离子水离心洗涤4次，在烘箱中45℃下干燥11.5h，获得0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂。
实施例3
采用熔盐法与室温共沉淀法制备Ag3PO4/Bi3TiNbO9-x％，其中x＝15，x％为Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比。
一种0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
1)制备Bi3TiNbO9粉体：以1.399:0.161:0.267的质量比混合Bi2O3、TiO2和Nb2O5，得到Bi3TiNbO9前驱体，然后将作为共熔剂的NaCl和KCl与Bi3TiNbO9前驱体以NaCl:KCl:Bi3TiNbO9前驱体＝50.2:50.1:1.02的摩尔比混合；在无水乙醇中球磨4.5h，干燥箱中55℃干燥12.5h，并在802℃下煅烧2.02h，然后用去离子水洗涤粉体至上清液检测不到Cl-；最后将样品放在55℃下干燥12.5h即可获得Bi3TiNbO9粉体；
2)固定制备Ag3PO4的质量为0.2g，将步骤1)得到的0.03g Bi3TiNbO9粉体均匀分散在16mL去离子水中，加入0.2445g AgNO3，搅拌均匀后向其中匀速滴入16mL Na2HPO4·12H2O溶液，保持AgNO3和Na2HPO4·12H2O的摩尔比为3.05：2.05，同时调整Ag3PO4与Bi3TiNbO9的质量比为20：3，在30℃遮光搅拌2.5h，将所得粉末用去离子水离心洗涤5次，在烘箱中55℃下干燥12.5h，获得0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂。
实施例4
采用熔盐法与室温共沉淀法制备Ag3PO4/Bi3TiNbO9-x％，其中x＝20，x％为Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比。
一种0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
1)制备Bi3TiNbO9粉体：以1.398:0.160:0.266的质量比混合Bi2O3、TiO2和Nb2O5，得到Bi3TiNbO9前驱体，然后将作为共熔剂的NaCl和KCl与Bi3TiNbO9前驱体以NaCl:KCl:Bi3TiNbO9前驱体＝50:50:1的摩尔比混合；在无水乙醇中球磨4h，干燥箱中50℃干燥12h，并在800℃下煅烧2h，然后用去离子水洗涤粉体至上清液检测不到Cl-；最后将样品放在50℃下干燥12h即可获得Bi3TiNbO9粉体；
2)固定制备Ag3PO4的质量为0.2g，将步骤1)得到的0.04g Bi3TiNbO9粉体均匀分散在15mL去离子水中，加入0.2435g AgNO3，搅拌均匀后向其中匀速滴入15mL Na2HPO4·12H2O溶液，保持AgNO3和Na2HPO4·12H2O的摩尔比为3：2，同时调整Ag3PO4与Bi3TiNbO9的质量比为20：4，在25℃遮光搅拌2h，将所得粉末用去离子水离心洗涤4次，在烘箱中50℃下干燥12h，获得0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂。
参见图1为本发明实施例1～4公开的不同Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比制备的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的XRD图；其中，(a)Bi3TiNbO9；(b)Ag3PO4；(c)0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-5％异质结光催化剂；(d)0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-10％异质结光催化剂；(e)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂；(f)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-20％异质结光催化剂；从图1可以看出，随着制备过程中Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比的逐渐增加，Bi3TiNbO9在Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结中的质量分数随之增加，在Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％能够同时观察到隶属于Ag3PO4和Bi3TiNbO9的衍射峰。
参见图2为本发明实施例1～4公开的不同Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比制备的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的扫描照片图；其中，(a)Ag3PO4；(b)Bi3TiNbO9；(c)低倍镜下的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂，(d)高倍镜下的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂；从图中可以看出，Ag3PO4的第二相生长在Bi3TiNbO9纳米板的表面并形成异质结构，并随着Bi3TiNbO9复合量的增加，形成的异质复合界面更多。
参见图3是本发明实施例1～4公开的不同Bi3TiNbO9与Ag3PO4的质量比制备的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的罗丹明B降解曲线；(a)Bi3TiNbO9；(b)Ag3PO4；(c)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-5％异质结光催化剂；(d)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-10％异质结光催化剂；(e)0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂；(f)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-20％异质结光催化剂；从图中可以看出，通过在可见光下降解染料罗丹明B的测试可以发现，0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-5％异质结光催化剂、0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-10％异质结光催化剂、0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂以及0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-20％异质结光催化剂均表现出优于纯Bi3TiNbO9和Ag3PO4的光降解效率，其中Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％的光降解性能最佳。通过动力学模拟计算光降解速率。
表1光催化剂的光降解速率表
参见图4为本发明实施例1～4及对比例1和2公开的Bi3TiNbO9与Ag3PO4的不同质量比制备的异质结光催化剂的光降解速率的线性拟合；(a)Bi3TiNbO9；(b)Ag3PO4；(c)0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-5％异质结光催化剂；(d)0D/2DAg3PO4/Bi3TiNbO9-10％异质结光催化剂；(e)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％异质结光催化剂；(f)0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9-20％异质结光催化剂；参见表1为本发明实施例1～4及对比例1和2公开的Bi3TiNbO9与Ag3PO4的不同质量比制备的异质结光催化剂的光降解速率表；如图4和表1所示，可以发现Ag3PO4/Bi3TiNbO9-15％光降解效率达到了97％，其降解速率分别为纯相Ag3PO4和Bi3TiNbO9的10倍和1.5倍。这充分证明了在Bi3TiNbO9的表面负载Ag3PO4，二者形成异质结结构是开发高效光催化剂的有效策略。
参见图5是本发明公开的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的光催化机理图，从图中可以看出，一方面利用Ag3PO4对可见光的强吸收，拓宽光催化剂的光谱吸收范围，另一方面利用异质结构的内建电场，促进光生载流子的迁移，电子从Bi3TiNbO9的导带转移至Ag3PO4的导带，空穴从Ag3PO4的价带转移至Bi3TiNbO9的价带，从而实现电子和空穴的有效分离，抑制电子-空穴复合，提高光催化效率。
本发明所制备的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂，制备工艺简单，反应温度低，时间短，适合产业化生产，制备得到的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂，活性位点多，光生载流子分离效率高，具有高效的光降解染料的性能，有望应用于污水理等领域。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将Bi3TiNbO9粉体加入去离子水中搅拌形成悬浮液，后加入AgNO3粉体，搅拌均匀后，加入Na2HPO4·12H2O溶液，遮光搅拌反应均匀后，经洗涤，干燥，得到0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂。
2.根据权利要求1所述的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述Ag3PO4粉体：Bi3TiNbO9粉体的质量比为20：(1～4)；所述AgNO3粉体：Na2HPO4·12H2O的摩尔比为(2.95～3.05)：(1.95～2.05)。
3.根据权利要求1所述的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应的温度为20～30℃，时间为0.4～0.6h。
4.根据权利要求1所述的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述遮光搅拌的温度为20～30℃，时间为1.5～2.5h。
5.根据权利要求1所述的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为45～55℃，时间为11～13h。
6.根据权利要求1所述的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述Bi3TiNbO9粉体采用熔盐法制备，具体的制备方法为：先将NaCl，KCl和Bi3TiNbO9前驱体混合后，在无水乙醇中球磨，然后经干燥，煅烧，洗涤至上清液检测不到Cl-，最后干燥后，即可获得Bi3TiNbO9粉体。
7.根据权利要求6所述的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述NaCl：KCl：Bi3TiNbO9前驱体按摩尔比为(49.8～50.2)：(49.8～50.2)：(0.98～1.02)混合；所述Bi3TiNbO9前驱体由Bi2O3：TiO2：Nb2O5按质量比为(1.397～1.399)：(0.159～0.161)：(0.265～0.267)混合而成。
8.根据权利要求6所述的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述球磨的时间为3.5～4.5h；干燥的温度为45～55℃，时间为11～13h；煅烧的温度为798～802℃，时间为1.98～2.02h。
9.权利要求1～8任意一项制备方法制得的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂。
10.权利要求9所述的0D/2D Ag3PO4/Bi3TiNbO9异质结光催化剂在降解有机染料中的应用。
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