[发明专利]一种微波水热法合成单斜相和四方相共混的高催化活性的钒酸铋粉体的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于功能材料领域，涉及一种高活性钒酸铋光催化剂粉体合成方法。

【背景技术】

钒酸铋因其独特的结构和物理化学特性，在发光材料、铁电、压电等方面有着广泛的用途而吸引了众多研究者的目光。目前研究者将钒酸铋用于非均相光催化剂方面，展现了其独特和优越的性能，特别是用于环境污染的治理和绿色能源方面。BiVO₄主要有三种晶型：四方锆石型、单斜白钨矿型结构和四方白钨矿型结构。

单斜晶相钒酸铋(mBiVO₄)的禁带宽度为2.3-2.4eV，其价带氧化电位位于2.4eV附近，目前mBiVO₄已应用于降解污染物、光解水产氧以及光电化学分解水的研究。然而mBiVO₄的导带边位于0v(vs.NHE)，致使其光生电子的能量不足以还原H⁺，且其光生电子也不容易被空气中的氧气捕获，因此会导致光生电子在催化剂表面积累，从而增加电子与空穴的复合几率，导致mBiVO₄在可见光下降解有机物的效率较差。并且在制备时的产率很低，这在一定程度上也提高了其制备成本，限制了其进一步的推广实际应用。

贵金属沉积，金属离子掺杂，非金属离子掺杂，表面光敏化等方法都曾被用来对单斜相钒酸铋进行改性，但上述方法又都存在性能不稳定、成本高等缺陷。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种微波水热法合成单斜相和四方相共混的高催化活性的钒酸铋粉体的方法，其反应时间短，工艺流程简单，粒度分布均匀且成本较低的。按照本发明的工艺方法可以制得共混的BiVO₄粉体，该混晶单斜相和四方相共存，类似于半导体耦合，两种晶型的价带和导带电位不同，降低了电子和空穴的复合率，从而提高了光催化活性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微波水热法合成单斜相和四方相共混的高催化活性的钒酸铋粉体的方法，包括以下步骤：

将铋盐和钒盐按照Bi∶V＝1∶1的摩尔配比分别溶于HNO₃溶液和NaOH溶液中；向两种溶液中分别加入十二烷基苯磺酸钠为模板剂，然后将加入十二烷基苯磺酸钠的两种溶液混合，以NaOH为矿化剂调节pH值至4.6～8.0；然后在温度160～220℃的条件下微波水热反应60～120min，合成得单斜相与四方相共混的钒酸铋粉体。

本发明进一步的改进在于：所述铋盐和钒盐分别为Bi(NO₃)₃·5H₂O、NH₄VO₃。

本发明进一步的改进在于：所述HNO₃溶液的浓度为2～6mol/L，所述NaOH溶液的浓度为1～4mol/L。

本发明进一步的改进在于：所述铋盐和钒盐的物质的量均为Amol，HNO₃溶液和NaOH溶液的体积均为Bml，加入十二烷基苯磺酸钠的量为Cg，A∶B∶C＝(0.0002～0.0015)∶1∶(0.01～0.04)。

本发明进一步的改进在于：所述铋盐和钒盐的物质的量均为0.002～0.015mol，HNO₃和NaOH溶液均为10ml；加入十二烷基苯磺酸钠的量为0.1～0.4g。

为了达到上述目的，本发明还可以采用如下技术方案：

一种微波水热法合成单斜相和四方相共混的高催化活性的钒酸铋粉体的方法，包括以下步骤：

步骤1：将0.002～0.015mol Bi(NO₃)₃·5H₂O和0.002～0.015molNH₄VO₃按照Bi∶V＝1∶1的摩尔配比分别溶解于10ml HNO₃溶液和10ml NaOH溶液中，其中HNO₃溶液的浓度为2～6mol/L，NaOH溶液的浓度为2～6mol/L；

步骤2：分别向步骤1制备的两种溶液中添加0.1～0.4g十二烷基苯磺酸钠，在磁力搅拌器上搅拌30～50min；

步骤3：将步骤2制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌10～30min，然后用NaOH调节pH为4.6～8，制得前驱物溶液；

步骤4：将前驱物溶液加入微波水热反应釜中，填充比为40～60％，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为160～220℃，保温反应60～120min；