[发明专利]一种三维有序大孔Bi2WO6光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Bi₂WO₆光催化材料的制备方法，具体说，是涉及一种三维有序大孔Bi₂WO₆光催化材料的制备方法，属于光催化材料技术领域。

背景技术

由于日益加重的环境污染，半导体光催化技术的研究和应用引起了人们的广泛关注。光催化技术是利用光催化剂吸收光分解有机物的过程。其机理是半导体光催化剂受到光激发产生非平衡载流子即光生电子与空穴，电子与空穴迁移到半导体表面后，由于具有很强的氧化及还原能力，可跟与之接触的有机污染物发生氧化还原反应，将有机物分解为小分子并最终分解为CO₂和水。由于光催化可利用自然界中的光能长期工作，使其在环境污染治理领域有广阔的应用前景。

光催化技术的核心问题是合适光催化剂的设计、开发与研制。目前的研究主要集中于TiO₂基系列光催化剂。但就TiO₂而言，存在几个关键的技术难题，如TiO₂的带隙为3.2eV，仅能被紫外光（只占太阳能的3.8%）激发，此外TiO₂光生载流子的复合率高，量子效率低(不到4%)，难以用于处理数量大、浓度高的工业废气和废水；太阳能的利用率低，仅能吸收占太阳光总能量4％的紫外光，在可见光范围内几乎没有光响应；用于环境治理时，对污染物的吸附性差。

鉴于TiO₂光催化剂所具有的缺陷，研发新型高效可见光响应性光催化材料，是利用太阳能实现光催化净化环境的关键，也是光催化进一步走向实用化的必然趋势和发展方向。Bi₂WO₆光催化剂是最近研究较多的一种新型可见光催化材料，它是一种稳定、无毒的半导体材料，带隙约为2.74～2.90eV，其吸收的阈值波长大于400nm，具有活性高，稳定性强，无毒及宽光谱响应等优点，使其成为目前最具潜力的可见光催化剂。由于光催化性能受催化剂的颗粒大小，形貌及结构的影响，纳米结构的催化剂往往比块体具有更高的催化活性，因此研究纳米结构的Bi₂WO₆对其在环境污染治理中的应用更具有实际意义。目前，Bi₂WO₆纳米结构主要有纳米粉，纳米空心球，纳米片及纳米片的组装结构，这些纳米结构的可控合成技术有待进一步优化。Bi₂WO₆光催化剂的合成方法主要有固相法及水热，溶剂热等方式。固相法获得的Bi₂WO₆光催化剂的颗粒尺寸较大，比表面积较小，因此光催化性能较低。采用水热及溶剂热等方式虽然可以获得纳米尺寸的Bi₂WO₆光催化剂，但产品形貌变化较多，不易控制。

因此，有必要开发一种新型制备技术获得颗粒尺寸形貌统一的高活性纳米Bi₂WO₆光催化剂，而硬模板合成技术可以实现这个目标。鉴于三维有序大孔材料在TiO₂光催化剂中表现出的高活性，制备出同样结构的Bi₂WO₆光催化剂可能会获得更高的光催化性能。目前已有文献报道有序大孔Bi₂WO₆薄膜的制备（Small,2011,7(19),2714-2720），但其采用PS球做模板，在煅烧过程中随着PS球消失，有序大孔结构很容易坍塌，因此需要严格控制温度及升温速度，增加了材料制备的困难性。除此之外，这种途径所获得的有序大孔Bi₂WO₆薄膜孔径在400nm以上，不能在垂直光照下显现光子晶体效应，因此不能实现通过增加光能利用率提高光催化性能的目的。由于尺寸较小的光子晶体模板合成更加困难，目前可增加光能利用率的小孔径有序大孔Bi₂WO₆光催化剂的制备仍然是一个技术难题。而三维有序大孔材料比二维薄膜材料更有利于污染物吸附及扩散迁移。因此实现三维有序大孔Bi₂WO₆的制备既具有较高的科学价值又具有对环境污染治理的实际意义。

发明内容