[發(fā)明專利]具有分級結(jié)構(gòu)的釩酸鉍可見光催化劑的仿生合成方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410137856.3
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103950978A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢新艷;馬玉雪;楊林;李靜;樊廣燕;丁慧芳;席國喜
• 申請（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號: C01G31/00
• 分類號: C01G31/00;B01J23/22
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原專利有限責(zé)任公司 41107
• 代理人: 路寬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具有分級結(jié)構(gòu)的釩酸鉍可見光催化劑的仿生合成方法。

背景技術(shù)

光催化降解污染物作為一項(xiàng)高級氧化技術(shù)，用于環(huán)境修復(fù)極具應(yīng)用前景，也得到了越來越多的關(guān)注。而光催化劑是這項(xiàng)技術(shù)的核心，在眾多的半導(dǎo)體光催化劑中，TiO₂由于其生物惰性、強(qiáng)氧化性、低成本高效率、耐光腐蝕和化學(xué)腐蝕性以及強(qiáng)穩(wěn)定性等特點(diǎn)被認(rèn)為是最適合用于環(huán)境污染的治理的光催化劑。但TiO₂仍有一些自身難以克服的缺點(diǎn)，如太陽光利用率低，僅能吸收占太陽光總能量4%的紫外光，在可見光范圍內(nèi)幾乎沒有光響應(yīng)。因此，開發(fā)新型的可見光催化劑成為光催化領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。

近幾年，一些鉍系復(fù)合氧化物光催化劑受到了人們的廣泛關(guān)注，這是由于這類半導(dǎo)體光催化劑的帶隙相對較窄，能夠在可見光下激發(fā)生成光生載流子，并將污染物降解。1998年，kudo等（Catal.?Lett.?1998,?53,?229-230.）報(bào)道了BiVO₄可以作為一種具有可見光活性的新型光催化劑，采用的是高溫固相燒結(jié)法。此后，人們又通過其它多種方法制備出BiVO₄。光催化劑的晶相結(jié)構(gòu)、形貌尺寸等是影響其紫外光催化活性的主要因素，而這些又與其合成方法和制備條件有著密不可分的關(guān)系。

仿生合成技術(shù)發(fā)展于90年代中期，模仿無機(jī)物在有機(jī)物調(diào)控下形成的機(jī)理，在合成過程中，利用自然原理作為指導(dǎo)，首先形成有機(jī)物的自組裝體，使無機(jī)前驅(qū)體于自組裝聚集體和溶液的相界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在自組裝體的模板作用下，形成無機(jī)/有機(jī)復(fù)合體，再將有機(jī)物模板去除后即可得到具有一定形狀、尺寸、取向和結(jié)構(gòu)的無機(jī)材料。通過仿生合成，可以得到特殊形貌的BiVO₄，特別是可能會(huì)使光催化劑表面呈現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)或影響表面有效催化基團(tuán)的存在與分布等，從而提高光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種具有分級結(jié)構(gòu)的釩酸鉍可見光催化劑的仿生合成方法，該合成方法通過調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值，可以有效地控制產(chǎn)物的微觀形貌，并且該合成方法簡單易行，環(huán)境友好，所合成的釩酸鉍可見光催化劑形貌均一、具有分級結(jié)構(gòu)且可見光催化活性較高。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：具有分級結(jié)構(gòu)的釩酸鉍可見光催化劑的仿生合成方法，其特征在于包括以下步驟：（1）將可溶性淀粉溶于摩爾濃度為1mol/L的硝酸溶液中，攪拌均勻后加入硝酸鉍，其中可溶性淀粉與硝酸鉍的摩爾比為2:1，繼續(xù)攪拌2h得到混合溶液；（2）向步驟（1）所得的混合溶液中加入偏釩酸銨，其中加入的偏釩酸銨與硝酸鉍的摩爾比為1:1，攪拌0.5h，用氨水調(diào)節(jié)體系pH=1-10，繼續(xù)攪拌0.5h，轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中180℃水熱反應(yīng)24h，離心分離，洗滌，60℃真空干燥即制得具有分級結(jié)構(gòu)的釩酸鉍可見光催化劑，根據(jù)上述步驟通過氨水調(diào)節(jié)體系不同的pH值能夠仿生合成不同微觀形貌的釩酸鉍可見光催化劑：（1）用氨水調(diào)節(jié)體系pH=1仿生合成具有分級結(jié)構(gòu)的空心雙胞胎球狀釩酸鉍可見光催化劑；（2）用氨水調(diào)節(jié)體系pH=2仿生合成具有分級結(jié)構(gòu)的菜花狀釩酸鉍可見光催化劑；（3）用氨水調(diào)節(jié)體系pH=4仿生合成具有分級結(jié)構(gòu)的風(fēng)車狀釩酸鉍可見光催化劑；（4）用氨水調(diào)節(jié)體系pH=8仿生合成具有分級結(jié)構(gòu)的梯田狀釩酸鉍可見光催化劑；（5）用氨水調(diào)節(jié)體系pH=9仿生合成具有分級結(jié)構(gòu)的柱狀釩酸鉍可見光催化劑；（6）用氨水調(diào)節(jié)體系pH=10仿生合成具有分級結(jié)構(gòu)的橢球狀釩酸鉍可見光催化劑。

本發(fā)明與采用其它方法制備的釩酸鉍可見光催化劑相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）本發(fā)明避免了在有機(jī)溶劑中或者在有機(jī)試劑和水的混合溶劑中合成，同時(shí)也避免了使用對環(huán)境有害的有機(jī)基質(zhì)來調(diào)變形貌，因而是一種環(huán)境友好的合成方法；（2）制備的BiVO₄為多級結(jié)構(gòu)，分布均勻，僅通過改變體系的pH值即可調(diào)節(jié)產(chǎn)品的微觀形貌，操作簡便快速；（3）所制備的BiVO₄可見光催化劑具有高的可見光催化活性，高于P25和固相合成法制備的BiVO₄可見光催化劑的活性。

附圖說明