[发明专利]一种模板法合成单斜相介孔钒酸铋的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模板法合成单斜相介孔钒酸铋的方法，用该方法可制得孔径分布均匀的单斜相介孔钒酸铋。该方法具有环境友好、条件温和，工艺简单易控的特点，所得单斜相介孔钒酸铋在可见光范围内具有良好的光催化性能。

背景技术

光催化技术是一种解决环境和能源问题的有效途径。通过将太阳能转化为洁净氢能的光解水技术能解决化石能源枯竭的危机，而且光催化降解清除有毒有机污染物将能经济有效地解决环境问题。早在1972年，日本科学家Fujishima和Honda就发现了TiO₂在紫外光光照下使水分解产生氢气和分解其它物质。但由于TiO₂材料的禁带宽度较宽，仅在紫外光范围内有响应，而紫外光范围内的能量不到太阳光总能量的5%，这严重限制了TiO₂材料在光催化领域的进一步实际应用。因此，开发新型窄带光催化剂成为目前一个新的研究热点。单斜白钨矿结构的钒酸铋(BiVO₄)具有良好的可见光催化分解水和降解有机污染物的能力。从太阳能的利用效率来看，BiVO₄是一种极具应用前景的可见光光催化材料。近年来，BiVO₄的制备方法已有较多报道。例如“一种微波水热法合成单斜相钒酸铋光催化剂粉体的方法”（中国发明专利，申请号：201110136863.8）、“一种制备花状BiVO₄的表面活性剂辅助醇-水热法”（中国发明专利，申请号：200910243645.7）、“一种钒酸铋粉体及其制备方法”（中国发明专利，申请号：200810048418.4）、“具有可见光催化降解污染物性能的表面疏水性钒酸铋的合成方法”（中国发明专利，申请号：201010144955.6）等。但是这些方法所制得的钒酸铋大多为粉体，缺少孔结构，导致其光催化效率不高，限制了钒酸铋在可见光光催化降解污染物领域的进一步应用。“一种制备橄榄球状介孔BiVO₄的有机溶剂-水热法”（中国发明专利，申请号：200910243646.1）报道了通过有机溶剂-水热法制备介孔结构BiVO₄的方法，但水热法存在设备要求高、技术难度大以及安全性能差等不足。

发明内容

本发明的目的在于公开一种工艺简单、操作简便、设备要求低的单斜相介孔钒酸铋的制备方法。

为了达到上述目的，本发明以硝酸铋和偏钒酸铵为原料，以二氧化硅气凝胶微球为模板，通过模板法制备单斜相介孔钒酸铋。

具体的工艺是按如下几个步骤进行的：

第一步，硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液的制备

按硝酸：乙醇：硝酸铋=1:2.8~28:0.2~1的质量份数量取，超声30min得到硝酸铋溶液。量取硝酸：乙醇：偏钒酸铵=1:2.8~28:0.05~0.25质量份数，超声10min得到偏钒酸铵溶液。

第二步，钒酸铋与二氧化硅气凝胶微球复合物的制备

将偏钒酸铵溶液缓慢滴加至硝酸铋溶液中，得到偏钒酸铵与硝酸铋的混合溶液，其中偏钒酸铵和硝酸铋的质量份数比为1:4。先将二氧化硅气凝胶微球置于容器中抽真空，然后在容器中缓慢滴加偏钒酸铵与硝酸铋的混合溶液，其中二氧化硅气凝胶微球和硝酸铋的质量份数比为1:4，在温度为60~110℃下反应6~24h，得到四方相钒酸铋与二氧化硅气凝胶微球的复合物。将该复合物放在管式炉中，空气气氛，按0.5~10℃·min^-1的升温速率加热至160~400℃煅烧2~24h，自然降温至室温后，制得单斜相钒酸铋与二氧化硅气凝胶微球的复合物。

第三步，介孔钒酸铋的制备

将单斜相钒酸铋与二氧化硅气凝胶微球的复合物置于2mol/L氢氧化钠溶液中浸泡24h，除去二氧化硅气凝胶微球模板，其中氢氧化钠溶液和二氧化硅气凝胶微球的质量份数为1.5：1。然后分别用水、乙醇洗涤，于40~100℃干燥2~12h得到单斜相介孔钒酸铋。