[发明专利]单斜相钒酸铋形貌结构转变的调控方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料制备技术领域，特别涉及一种单斜相钒酸铋形貌结构转变的调控方法。

背景技术

在降解有机污染物过程中，半导体光催化剂由于其具有简单、高效、节能、安全等优点，在相关领域的应用越来越广泛，已经受到很多研究者的重视。钒酸铋具有可见光活性，作为一种新型半导体光催化材料，引起了人们的广泛关注。在钒酸铋的三种晶相中(单斜白钨矿相、四方锆石相、四方白钨矿相)，单斜相钒酸铋可见光催化活性最强。钒酸铋的合成方法有固相法、化学水浴法、金属有机分解法、超声合成法、水热法等，其中水热法应用最广。Ke.D等以CTAB为模板导向剂，通过控制水热反应温度，得到了球形和片层堆积结构的钒酸铋(Ke.D，et al.，Inorganic chemistry，2009，48(11)：4685-4691)。

尽管对钒酸铋的研究很多，但是寻找简单的方法制备更高性能的钒酸铋光催化剂并研究其光催化活性的影响因素仍然十分必要。

发明内容

本发明的目的是为了寻找简单的方法制备更高性能的钒酸铋光催化剂，提供了一种单斜相钒酸铋形貌结构转变的调控方法。本发明的方法采用简单的一步水热法，通过调控前驱体溶液的pH值，制备出多种具有不同形貌结构且不同光催化活性的钒酸铋。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种单斜相钒酸铋形貌结构转变的调控方法，包括如下步骤：

1)将硝酸铋的乙二醇溶液和偏钒酸钠NaVO₃水溶液混合，加入适量十二胺，搅拌30～60min后，用氨水调节溶液的pH，得到前驱体溶液；

其中，所述硝酸铋与NaVO₃的摩尔比为1∶1；

所述十二胺与硝酸铋的摩尔比为1∶1；

所述硝酸铋乙二醇溶液的浓度为0.1～0.2mol/L；

所述NaVO₃水溶液的浓度为0.1～0.2mol/L；

所述的硝酸铋为Bi(NO₃)₃·5H₂O或Bi(NO₃)₃；

2)将前驱体溶液于120±2℃温度下水热反应12h，得到产物钒酸铋；

3)将反应产物钒酸铋清洗、干燥，即得到单斜相钒酸铋；

具体的，当前驱体溶液pH分别为1、4、7、9时，所述单斜相钒酸铋形貌结构分别呈球形、正方体形、八角形、菱形结构。

所述的钒酸铋在紫外和可见区均有较强吸收，所述的分别呈球形、正方体形、八角形、菱形结构的钒酸铋的带隙能分别为2.27eV、2.30eV、2.38eV、2.35eV，其中，球形钒酸铋的带隙能最低，表明其能更有效的吸收可见光。

上述方法制得的分别呈球形、正方体形、八角形、菱形结构的单斜相钒酸铋的应用，能够作为可见光处理污染物降解的光催化剂。

所述的可见光处理污染物为亚甲基蓝(MB)，呈球形、正方体形、八角形、菱形结构的钒酸铋钒酸铋光催化剂对亚甲基蓝的降解率分别为98.2％、93.1％、87.6％、79.7％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明制备的钒酸铋光催化剂制备过程简单，稳定性高，在光催化纳米材料等领域具有潜在的应用前景。

2、本发明采用简单的一步水热法并且不添加任何辅助催化剂仅通过调节前驱体溶液的pH值合成了多种形貌的钒酸铋，且晶相均为热力学稳定相的单斜相钒酸铋。

3、通过本发明的方法，钒酸铋形貌可以根据实际需求仅通过调节pH而获得。

附图说明

图1、实施例1～4不同pH条件下钒酸铋样品的SEM图；

其中，(a)实施例1，pH＝1，(b)实施例2，pH＝4，(c)实施例3，pH＝7，(d)实施例4，pH＝9；钒酸铋样品的形貌为(a)球形，(b)正方体，(c)八角状，(d)菱形；

图2、实施例1～4和对比例1钒酸铋样品的XRD谱图；

其中，(e)对比例1；

图3、实施例1～4钒酸铋样品的紫外-可见漫反射光谱图；

图4、实施例1～4钒酸铋样品(αhv)²随hv变化曲线图；

图5、实施例1～4钒酸铋样品和空白对照随光照时间变化的MB降解曲线。

其中，a、实施例1，b、实施例2，c、实施例3，d、实施例4，e、空白对照。

具体实施方式