本發明屬于光催化材料的合成技術領域,具體涉及一種球狀bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料的制備方法。
背景技術:
隨著社會經濟的發展,環境、材料、能源這三大問題越來越突出,光催化技術具有低成本、環境友好等特點,所以越來越多的科研人員利用光催化技術來解決上述這三大問題。光催化技術主要取決于光催化材料,單組分的光催化劑很難有效地同時利用可見光和紫外光,并且光生電子-空穴復合機率高,限制了其光催化活性。
bi2wo6的晶體結構比較簡單,是典型的n-型半導體材料,它是由(bi2o2)2+和(wo6)2-交替組成的層狀鈣鈦礦結構的氧化物,層間的空隙可以為光催化提供場所。而且bi2wo6的價帶電位為3.18ev,導帶為0.54ev,禁帶寬度約為2.64ev,表明鎢酸鉍只能利用少量可見光。作為一種典型的鉍基多功能材料,bi2s3的帶隙寬度在1.2-1.7ev之間,在可見光的照射下,很容易受到激發而生成光生電子-空穴對,但是較容易復合,而且在反應過程中不穩定。
bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料充分利用bi2s3和bi2wo6的協同效應,彌補了彼此之間的缺點,既有效的促進電子與空穴的分離,又拓寬復合材料對光的吸收范圍,從而提高了鉍系半導體光催化材料的能效及催化效率,但是尚沒有關于合成球狀bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料以提高其光催化性能的相關報道。
技術實現要素:
本發明解決的技術問題是提供了一種操作簡單、環境友好且具有良好可見光催化活性的球狀bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料的制備方法。
本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案,一種球狀bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料的制備方法,其特征在于具體步驟為:
(1)球狀bi2wo6的制備,將聚乙烯吡咯烷酮和五水合硝酸鉍溶于乙醇、冰乙酸和去離子水的混合溶液中,于室溫攪拌15min后得到溶液a,取二水合鎢酸鈉溶于去離子水中得到溶液b,在攪拌狀態下將溶液b加入到溶液a中并混合均勻,將混合溶液轉移至反應釜中于180℃反應3h,冷卻至室溫,將沉淀用水和無水乙醇反復洗滌,然后于60℃真空干燥得到薄片堆積的球狀bi2wo6;
(2)球狀bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料的制備,將球狀bi2wo6分散于去離子水中,再依次加入巰基丙酸和硫代乙酰胺,其中bi2wo6和硫代乙酰胺的投料摩爾比為2:1,攪拌混合均勻后用氫氧化鈉溶液調節混合溶液的ph值為10.5,再繼續攪拌混合均勻后轉入反應釜中于180℃反應3h,然后將所得沉淀物離心分離,用去離子水和無水乙醇洗滌后于60℃真空干燥即制得球狀bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料,該球狀bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料是由bi2wo6納米片與bi2s3納米棒組成的粒徑為3-5μm的球狀顆粒。
進一步優選,步驟(1)中所述五水合硝酸鉍和二水合鎢酸鈉的投料摩爾比為2:1,所述乙醇、冰乙酸和去離子水的體積比為1:1:3,所述五水合硝酸鉍與乙醇的投料配比為1mmol:5ml,所述聚乙烯吡咯烷酮與五水合硝酸鉍的投料配比為0.2g:1mmol。
本發明采用水熱法和離子交換法合成球狀bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料,bi2wo6對可見光催化性能不高,bi2s3有優秀的可見光響應,但是純bi2s3電子-空穴對分離難,針對上述兩種光催化材料的優缺點,將兩者復合充分發揮兩種材料的優勢,彌補彼此之間的缺點,既能有效促進電子與空穴的分離,又能拓寬復合材料對光的吸收范圍,從而提高了鉍系半導體光催化材料的能效及催化效率,表現出較高的可見光催化性能。本發明合成過程工藝簡單,綠色環保,適合規模化生產,有望產生良好的社會和經濟效益。
附圖說明
圖1是本發明實施例1制得的bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料的fesem圖;
圖2是本發明實施例1制得的bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料的uv-visdrs圖譜;
圖3是本發明實施例1制得的bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料的xrd圖譜;
圖4是本發明實施例1制得的bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料在可見光照射下降解環丙沙星的紫外可見吸收光譜變化曲線。
具體實施方式
以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明,但不應該將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例,凡基于本發明上述內容實現的技術均屬于本發明的范圍。
實施例1
稱取0.2g聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和1mmol五水合硝酸鉍溶于5ml乙醇、5ml冰乙酸和15ml去離子水的混合溶液中,室溫攪拌15min得到溶液a,再取0.5mmol二水合鎢酸鈉溶解于10ml去離子水中得到溶液b,在攪拌的狀態下將溶液b緩慢加入到溶液a中,再次攪拌30min確保反應試劑混合均勻,最后將混合溶液倒入內襯為聚四氟乙烯的反應釜中于180℃反應3h,冷卻至室溫,將沉淀用去離子水和無水乙醇洗滌數次,再轉移至真空干燥箱中于60℃干燥10h得到球狀bi2wo6;取0.5mmol上述制備的球狀bi2wo6分散于去離子水中,再依次加入0.008ml巰基丙酸和0.25mmol硫代乙酰胺,攪拌混合均勻后用摩爾濃度為0.02mol/l的氫氧化鈉溶液調節混合溶液的ph值為10.5,再繼續攪拌混合均勻后轉入反應釜中于180℃反應3h,然后將所得沉淀物離心分離,用去離子水和無水乙醇洗滌后于60℃真空干燥即制得球狀bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料。
圖1是本實施例制得的bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料的fesem圖,由圖可以看出樣品呈球狀,直徑為3-5μm,該球狀bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料是由bi2wo6納米片和bi2s3納米棒組成的粒徑為3-5μm的球狀顆粒。
圖2是本實施例制得的bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料的uv-visdrs圖譜。
圖3是本實施例制得的bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料的xrd圖譜,從圖中可以看出在(103)、(200)、(202)、(220)、(303)、(102)、(109)、(307)晶面處出現了較強的衍射峰,與bi2wo6的標準卡片(jcpds26-1044)吻合,為四方晶相鎢酸鉍,異質結光催化材料的xrd圖譜中除了對應于bi2wo6的衍射峰外,在2θ=15.741°、17.657°、22.471°、23.780°、25.040°、31.920°、35.751°、39.223°、45.666°、51.610°處出現了較微弱的衍射峰,這些參數與bi2s3(jcpds65-2435)標準卡片相一致,說明產物中也有bi2s3生成。由以上分析可得,所制備的產品為bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料。
實施例2
光催化降解環丙沙星:采用500w氙燈作為光源,配備420nm的濾波片獲取可見光,即波長小于420nm的光不能通過,可有效地避免紫外光干擾,周圍是內部通有冷卻水的石英冷卻阱。實驗過程如下:用電子天平稱取40mg樣品,將其緩慢的倒入石英管中,再用量筒量取40ml質量濃度為5mg/l的環丙沙星溶液,倒入裝有樣品的石英管中,然后在超聲波里超聲30min,使樣品能夠均勻分布,然后將石英管固定在光催化反應儀中。先打開冷卻水,再打開鼓泡機,鼓泡15min,使其達到吸附-脫附平衡,然后開啟氙燈電源,待光源穩定開始計時,每15min取一次樣,所取樣品體積約為4ml,取出的溶液在離心機上進行離心,將上層清液倒出,準確測量其吸光度,得到對環丙沙星的降解情況,從而評價樣品的可見光催化性能。
圖4是實施例1制得的bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料在可見光照射下降解環丙沙星的紫外可見吸收光譜變化曲線。由圖可以看出,隨著光催化反應時間的延長,環丙沙星在277nm處的最大吸收峰的強度逐漸減弱,表明bi2s3/bi2wo6異質結光催化材料對環丙沙星具有較好的可見光催化降解活性。
以上實施例描述了本發明的基本原理、主要特征及優點,本行業的技術人員應該了解,本發明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理,在不脫離本發明原理的范圍下,本發明還會有各種變化和改進,這些變化和改進均落入本發明保護的范圍內。