[發(fā)明專利]一種釩酸鉍粉體及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810048418.4
• 申請日: 2008-07-16
• 公開（公告）號: CN101318700A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭天右;柯丁寧
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: C01G31/00
• 分類號: C01G31/00;C01G29/00
• 代理公司: 武漢華旭知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所
• 代理人: 劉榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微球狀和/或微片狀釩酸鉍粉體及其制備方法，屬于無機材料和光催化產(chǎn)氧技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，石油、煤炭等化石能源消耗日趨增多，人類正面臨源短缺的挑戰(zhàn)。與此同時，環(huán)境的污染己經(jīng)威脅到人類生存和發(fā)展。因此，開發(fā)潔凈的新能源和解決環(huán)境污染問題己迫在眉睫。光催化技術(shù)能夠直接利用太陽光將水分解為潔凈的氫能，將有機污染物完全氧化成水、二氧化碳和無毒無害的無機鹽，因而具有解決能源問題和環(huán)境污染問題的的潛能。

在光催化領(lǐng)域，TiO₂因具有低成本，高化學(xué)穩(wěn)定性和強氧化性等特點而成為使用最多的光催化劑。然而TiO₂對可見光的吸收能力非常有限，從而極大地制約了其實際應(yīng)用。近年來，從調(diào)控半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)出發(fā)，人們設(shè)計了許多新型的具有可見光響應(yīng)的光催化劑，如：Bi₂WO₆，InVO₄，BaIn₂O₄，SrCrO₄等。BiVO₄是其中一種具有可見光響應(yīng)的新型光催化劑，受到了人們的廣泛關(guān)注。BiVO₄的性質(zhì)強烈依賴于其晶體結(jié)構(gòu)，主要有3種不同的晶型，分別為四方晶系白鎢礦型、四方晶系硅酸鋯型和單斜晶系變形白鎢礦型。其中，單斜晶系白鎢礦型BiVO₄被認為是帶隙最小，具有很好可見光響應(yīng)的光催化劑。

據(jù)文獻報導(dǎo)BiVO₄的制備方法主要有：高溫固相法，將釩、鉍氧化物或是相應(yīng)的能分解成氧化物的鹽相互混合，在600～900℃下煅燒。固相合成法簡單常規(guī)，但是制備時較高的溫度會導(dǎo)致釩、鉍的缺陷，從而形成光生電子-空穴的復(fù)合中心[Mater.Res.Bull.1979，14，1571]。沉淀法，將鉍的硝酸鹽溶液或氯化物與釩酸鹽溶液混合產(chǎn)生BiVO₄沉淀[Chem.Mater.2001，13，4624]。溶液法制得的BiVO₄一般是光催化活性較低的四方晶系，不適應(yīng)用于光催化反應(yīng)。金屬有機物熱分解法，利用釩和鉍的金屬有機物在高溫下分解產(chǎn)生BiVO₄。金屬有機物熱分解法要求的反應(yīng)物特殊，反應(yīng)條件復(fù)雜，不適應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)[Mater.Res.Bull.1992，27，823]。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種微球狀和/或微片狀釩酸鉍(BiVO₄)粉體及其制備方法，用水熱法實現(xiàn)微球狀和/或微片狀釩酸鉍粉體的選擇性合成，該粉體的顆粒較均勻，表面積較大，具有可見光響應(yīng)好和光催化活性高等特點。在表面活性劑的祛除上，本發(fā)明成功的運用離子交換法，避免了常規(guī)的高溫煅燒法，使制備的顆粒有完美的晶體結(jié)構(gòu)。

實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是：將含鉍化合物和含釩化合物分別溶解在0.5～1.0mol/L的硝酸中，攪拌至完全溶解；按鉍∶釩∶硝酸的摩爾比為1∶1∶2.5，將含釩化合物的硝酸溶液滴加到含鉍化合物的硝酸溶液中，磁力攪拌1～3小時，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH到6～7，磁力攪拌1～2小時，然后按鉍∶釩∶硝酸∶十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的摩爾比為1∶1∶2.5∶0.025加入CTAB溶液，磁力攪拌1～2小時形成釩酸鉍的前驅(qū)體，將釩酸鉍的前驅(qū)體放入反應(yīng)釜中，80～200℃水熱處理70～75小時，冷卻后離心分離，加入無水乙醇和去離子水的飽和氯化鈉溶液，直至完全浸沒樣品進行離子置換，離心分離，最后用去離子水和乙醇的混合液洗滌3～5次，于70～90℃下干燥即得所需釩酸鉍粉體。

上述含鉍的化合物為硝酸鉍或氯化鉍，含釩的化合物為偏釩酸銨或釩酸鈉。

上述將無水乙醇和去離子水的飽和氯化鈉溶液，完全浸沒樣品進行離子置換，無水乙醇和去離子水的飽和氯化鈉的的摩爾比為無水乙醇∶去離子水∶氯化鈉＝1∶1∶0.1～0.2。離子置換后，離心分離，用摩爾比為1∶1的去離子水和乙醇混合液洗滌3～5次，70～90℃干燥即得所需產(chǎn)物釩酸鉍粉體。