[发明专利]一种十八面体钒酸铋及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种十八面体钒酸铋及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域。本发明提供的十八面体钒酸铋，由具有2个{010}晶面、8个{110}晶面和8个{121}晶面的18个晶面的钒酸铋晶体组成。本发明提供的十八面体钒酸铋中，暴露的高活性{010}晶面存在密度大的多原子中心BiV₄，该中心能聚集光生电子从而促进载流子的分离，还能够快速地将光生电子转移给氧气等捕获剂进而加快·O^2－和·OH等活性物种的生成，有利于十八面体钒酸铋光催化活性的提高；具有更多表面氧空位的高指数{121}晶面的存在进一步提高钒酸铋的催化活性。对有机污染物，尤其是罗丹明B的催化活性高，作为催化剂具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种十八面体钒酸铋及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，难降解有机物对水资源的污染已形成破坏水生生物乃至人类生存环境的严峻挑战。近30％的有机染料未经处理就通过废水随意排放，而有机染料通常对人体有害。基于此，研究人员已开发了多种方法来缓解有机染料所带来的环境问题，而光催化技术作为最有前景的方法之一，被广泛应用于降解环境污染物。以BiVO₄为代表的Bi基光催化剂作为一类优异的光催化材料引起了研究者的广泛关注。

半导体材料的表面结构，特别是暴露的活性晶面，对光催化活性具有至关重要的影响。现有的BiVO₄大多为具有{010}晶面和{110}晶面的十面体结构BiVO₄。然而，上述BiVO₄对有机染料，尤其是罗丹明B的催化活性不够高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种十八面体钒酸铋及其制备方法和应用，本发明提供的十八面体钒酸铋对有机污染物(尤其是罗丹明B)的催化活性高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种十八面体钒酸铋，由具有18个晶面的钒酸铋晶体组成，所述18个晶面包括2个{010}晶面、8个{110}晶面和8个{121}晶面。

优选的，所述具钒酸铋晶体的粒径为3～5μm。

本发明提供了上述技术方案所述十八面体钒酸铋的制备方法，包括以下步骤：

将铋源的硝酸溶液和偏钒酸铵的水溶液置于微液膜反应器中氧化还原反应，得到无定形钒酸铋悬浮液；

将所述无定形钒酸铋悬浮液进行水热反应，得到十八面体钒酸铋；

所述水热反应包括依次进行第一水热反应、第二水热反应和第三水热反应；所述第一水热反应的温度为90～120℃，保温时间为0～6h；所述第二水热反应的温度为120～150℃，保温时间为0～48h；所述第三水热反应的温度为150～180℃，保温时间为0～12h；所述第一水热反应的温度＜第二水热反应的温度＜第三水热反应的温度；所述第一水热反应、第二水热反应和第三水热反应的保温时间中至少有2个不为0。

优选的，所述铋源的硝酸溶液中铋源的浓度为0.1～0.5mol/L，硝酸溶液的浓度为2～8mol/L；所述铋源包括铋盐和/或氧化铋；

所述偏钒酸铵的水溶液的浓度为0.1～0.5mol/；

所述铋源与偏钒酸铵的摩尔比为1～1.2：1～1.2。

优选的，所述微液膜反应器的微液膜宽度为100～200μm。

优选的，所述氧化还原反应的温度为0～30℃，时间为1～5min。

优选的，所述第一控温水热反应的时间为0～6h；所述第二控温水热反应的的时间为0～48h；所述第三控温水热反应的时间为0～12h。