[发明专利]一种圆片状可见光响应Yb修饰Bi2WO6光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种圆片状可见光响应Yb修饰Bi₂WO₆光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

钨酸铋作为一种新型光催化剂具有以下特点：（1）良好的紫外和可见光响应；（2）热稳定；（3）光催化稳定；（4）成本相对较低；（5）环境友好。因此，研究开发Bi₂WO₆光催化材料，将会增加太阳能的利用率，在环境污染问题的治理和新能源的开发应用方面有着重大的意义。由于Bi₂WO₆具有特殊的层状结构，使得其与其它光催化剂相比在表面催化上的应用具有明显的优势地位。

Bi₂WO₆是一种典型的半导体材料，通过光照作用，电子受光激发跃迁并留下相应的空穴，形成电子-空穴对，这些光生电子-空穴对由于氧化还原能力极强，而极易与有机物及高分子聚合物间发生氧化还原反应，并且其具有较窄的禁带宽度而对可见光响应良好。但同时也正因为其禁带宽度相对较窄，使得光生电子-空穴的复合几率增加，降低了光量子的效率，从而影响到Bi₂WO₆的光催化性能。

Bi₂WO₆是最简单的Aurivillius型氧化物，隶属于斜方晶系，具有类似于γ-Bi₂O₃的结构，沿c轴方向，Bi和O原子夹于两层WO₆中。Bi₂WO₆晶体是由Bi₂O₂层和WO₆层沿着c轴交替组成的，为典型的钙钛矿层状结构。有研究报道指出，具有这种层状结构的多元氧化物其光催化活性都较高，可能的原因是，这种结构中层与层之间的空间可以作为光催化反应的活化区域，其中夹层可以作为接纳光生电子的受体，从而有效的分离光生电子-空穴对，大大提高其光量子效率。

稀土因为其特殊的电子层结构，具有一般元素无法比拟的光谱特性，具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子形成的化合物的4f电子可以在f-f组态之间或f-d组态之间的发生跃迁。因此，掺杂稀土金属离子是近几年开始研究的热点。某些稀土氧化物本身也有希望作为光催化剂使用，但总的来说，以单纯的稀土氧化物作为光催化剂的研究进行得非常少。而掺杂浓度对反应活性也有很大的影响。

近几年，采用水热方法制备Bi₂WO₆纳米晶体成为研究的一个热点。然而，在传统的水热合成法中，往往是采用普通的传导加热方法，这种加热方式具有加热速率慢、反应时间长、热量分布不均匀、温度梯度大的等缺点，严重影响了合成粉体的性质、颗粒尺度等。微波水热法以微波作为加热方式，结合传统的水热法来制备纳米粉体的一种新方法，适于推广到大规模的工业生产中去，在合成纳米材料、陶瓷材料等领域里显示了良好的发展态势和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆片状可见光响应Yb修饰Bi₂WO₆光催化剂及其制备方法和应用，该制备方法反应时间短，工艺流程简单，制得的圆片状可见光响应Yb修饰Bi₂WO₆光催化剂具备良好的光催化活性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种圆片状可见光响应Yb修饰Bi₂WO₆光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将Bi(NO₃)₃·5H₂O和Na₂WO₄·2H₂O按照Bi:W=2:1的摩尔比放入容器中，再向容器中加入水配制成混合溶液，并将混合溶液搅拌均匀;

步骤2：将Yb(NO₃)₃·6H₂O加入到混合溶液中，得反应液，其中Yb的加入量R_Yb=2%-20%，R_Yb=n_Yb/(n_Bi+n_Yb)×100%，n_Bi和n_Yb分别为Bi和Yb的摩尔量，将反应液在室温下搅拌均匀，得前驱液;