[发明专利]一种核壳结构钨酸铋微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种均质核/壳结构钨酸铋微球的合成方法，属于无机材料和功能材料制备工艺技术领域。

背景技术

环境污染和能源短缺是人类目前面临的最大挑战，利用光催化技术治理环境问题和制备绿色环保的氢能源是目前最活跃的研究领域之一，寻找高效率且稳定的催化剂是首要任务。早期的研究主要集中于二氧化钛，它具有催化活性高、稳定性好、无毒和价格低廉等优点而备受瞩目。然而，它的禁带宽度为3.2 eV，对应的最大吸收波长为390 nm，即意味着只能被紫外光激发。在到达地面的太阳能中，这一波段的能量不足5%，而可见光部分所占的比例为45%，因此开发、设计具有高可见光催化活性的催化剂成为光催化领域目前的研究热点之一。

钨酸铋是铋层状钙钛矿家族中最简单的化合物，它的禁带宽度为2.75 eV，它具备良好的物理及化学性能，如铁电、压电和催化等。因为其在可见光区有吸收，并且具有热稳定，光催化稳定，成本相对较低和价格低廉等优点。因而，Bi₂WO₆是一种很有潜力的可见光响应型半导体催化剂材料。较早文献报道的钨酸铋多采用高温固相法，共沉淀法和溶胶-凝胶法等制备。其中，固相法制备的颗粒较大，形貌不可控，比表面积小，催化活性相对较低；共沉淀法和溶胶-凝胶法在制备过程中均需高温煅烧才能得到结晶性钨酸铋，而高温过程会直接导致晶粒团聚及粒径分布不均匀，从而致使钨酸铋光催化活性低。研究结果表明，光催化材料的性质和其尺寸、形貌、结构和比表面积有很大的关系，但是其可控高质量合成依然是一个难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种反应温度低、可重复性高、工艺简单和环境友好的均质核壳结构钨酸铋微球的合成方法。

本发明实现过程如下：

一种核壳结构钨酸铋微球的制备方法，包括以下步骤：

（1）将硝酸铋、钨酸钠以及聚乙烯吡咯烷酮溶于硝酸铋重量30～50倍的乙二醇中，其中硝酸铋和钨酸钠的摩尔比为2:1，聚乙烯吡咯烷酮的加入量是硝酸铋重量的1.5～3倍；

（2）加入无机碱调节溶液pH值12.5～13；

（3）在密闭反应器中于140～180℃下反应10～20小时；

（4）反应温度降至室温后分离固体，洗涤干燥。

步骤（1）中，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为Mr≈8000～24000，最好为10000。

步骤（2）中，所述的无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

本发明制备得到的核壳结构钨酸铋微球的“核”和“壳”均为钨酸铋组分。与现有技术相比，本发明溶剂热法合成均质核壳结构钨酸铋微球的方法具有反应温度低、工艺简单及可控、环境友好、合成的产物形貌均一、尺寸分布窄，比表面积大，克服了现有制备钨酸铋方法中晶粒易团聚，形貌不可控、比表面积小等缺点。

附图说明

图1 是添加不同量聚乙烯吡咯烷酮得到均质核壳结构钨酸铋微球的XRD图谱（a为2.0g，b为2.5g，c为3.0g）；

图2是添加不同量聚乙烯吡咯烷酮得到均质核壳结构钨酸铋微球的场发射扫描电子显微镜照片（a为2.0g，b为2.5g，c为3.0g）；

图3 是添加不同量聚乙烯吡咯烷酮（a为2.0g，b为2.5g，c为3.0g）得到均质核/壳结构钨酸铋微球的等温氮气吸附脱附曲线图；

图4 为反应时间为6小时得到的钨酸铋产物的场发射扫描电子显微镜照片；

图5 为反应时间为10小时得到的钨酸铋产物的场发射扫描电子显微镜照片；

图6 是实施例1至3及传统固相法制备的钨酸铋和P25在可见光照射下降解罗丹明B的光催化活性评价图(a为空白样，b为P25，c为传统固相法制备的钨酸铋，d、e、f分别为添加2.0g、2.5g、3.0g聚乙烯吡咯烷酮得到的钨酸铋)。

具体实施方式

实施例1

称取2.5mmol五水硝酸铋、1.25mmol二水钨酸钠和2.0 g聚乙烯吡咯烷酮（Mr≈10000）加入到40mL乙二醇中；室温搅拌使原料混合均匀，接着加入NaOH控制前驱液pH值 在12.5~13，得到溶剂热反应的前驱液，将前驱液移入容积为50mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入烘箱中，在温度160℃下保温20小时后停止反应，待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物，离心分离并用去离子水和无水乙醇将沉淀物各洗三次，在60℃下恒温干燥8小时。