[發(fā)明專利]兩步法制備釩酸鉍薄膜

在審

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• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN106587149A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝維昌;張錚;崔丹丹
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C01G31/00
• 分類號: C01G31/00;B01J23/22
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用兩步法制備釩酸鉍薄膜的方法。

背景技術(shù)

環(huán)境污染和能源危機是當(dāng)今社會面臨的最迫切需要解決的兩大難題。在眾多環(huán)境治理技術(shù)中，半導(dǎo)體氧化物作為催化劑可以利用太陽光作為驅(qū)動力來實現(xiàn)多相催化而且可以在室溫下進行反應(yīng)，具有分解有機物、分解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧、二氧化碳還原和還原重金屬離子等功能。半導(dǎo)體光催化劑性能穩(wěn)定，價格低廉，可有效降解大部分有機物，耐化學(xué)腐蝕，因此在環(huán)境治理方面有很大的應(yīng)用前景。

其中，半導(dǎo)體釩酸鉍由于其良好的可見光催化活性得到了越來越多的關(guān)注。釩酸鉍主要有三種晶體結(jié)構(gòu)，分別為四方白鎢礦結(jié)構(gòu)、單斜白鎢礦結(jié)構(gòu)和四方鋯石結(jié)構(gòu)，其帶隙約為2.4eV，具有良好的可見光催化活性，可以實現(xiàn)空穴對有機物的降解，而且其價帶位置位于2.4eV，可見光下分解水產(chǎn)氧的能力很強。釩酸鉍薄膜作為光陽極，在外加電壓作用下，可有效實現(xiàn)電子和空穴的分離，從而展現(xiàn)良好的催化活性。而且其制備簡單、穩(wěn)定性高、沒有毒性，是一種極具潛力的光催化劑，可廣泛用于光催化降解染料和分解水等環(huán)境治理以及新能源的開發(fā)方面。

傳統(tǒng)制備釩酸鉍的方法存在能耗高、薄膜質(zhì)量差、成品率低等缺點。本發(fā)明采用兩步法制備釩酸鉍薄膜的方法。選擇五水合硝酸鉍為鉍源，碘化鉀為碘源，加入對苯醌制備出碘氧化鉍前驅(qū)體溶液。采用電化學(xué)沉積法，將FTO玻璃片作為工作電極，銀/氯化銀作為參比電極，鉑絲作為對電極，工作電壓為-0.1V，沉積時間為300s，制備出碘氧化鉍薄膜。選擇偏釩酸銨為釩源，采用水熱法，將碘氧化鉍薄膜放入裝有50mL偏釩酸銨溶液的反應(yīng)釜中，水熱溫度為180℃，時間為18h，用去離子水洗凈樣品得到最終薄膜樣品。通過控制沉積時間以及水熱時長等，可以獲得致密性好、均勻性好、可見光響應(yīng)高的釩酸鉍薄膜。本發(fā)明的制備方法成本較低、易于操作，反應(yīng)條件溫和，具有節(jié)能、環(huán)境友好的特性。，

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備高質(zhì)量釩酸鉍薄膜的方法。本方所用配料成本低，反應(yīng)條件溫和，所獲得釩酸鉍薄膜質(zhì)量及穩(wěn)定性較好；克服現(xiàn)有技術(shù)所需能耗高，質(zhì)量差，成本高的缺陷。

本發(fā)明為一種釩酸鉍薄膜的制備方法，其特征為以五水合硝酸鉍、碘化鉀和偏釩酸銨為原料，首先把碘化鉀溶于去離子水中，加入五水合硝酸鉍，攪拌均勻后，加入稀HNO₃調(diào)節(jié)pH到1.7。再加入溶于無水乙醇的隨后以透明導(dǎo)電玻璃(FTO)為工作電極，采用電化學(xué)沉積法，工作電壓為-0.1V，沉積時間為300s，得到碘氧化鉍薄膜。然后將偏釩酸銨溶于去離子水中，將碘氧化鉍薄膜與偏釩酸銨放置到反應(yīng)釜中，水熱反應(yīng)18h，溫度為180℃，最終獲得釩酸鉍薄膜。

所述不同膜厚的薄膜可通過沉積時間以及水熱時長來控制，制備的薄膜粒徑尺寸相同。該反應(yīng)機理如下所示：

在負偏壓的條件下，對苯醌將被還原成對苯酚，從而使工作電壓周圍的局部pH值升高，所以碘氧化鉍在工作電極上進行沉積，最終得到薄膜樣品。

水熱反應(yīng)中，碘氧化鉍的碘氧根被釩酸根取代，最終得到釩酸鉍薄膜。

BiOI+NH₄VO₃→BiVO₄

附圖說明

圖1為釩酸鉍薄膜和碘氧化鉍薄膜的XRD圖譜

圖2為釩酸鉍薄膜的可見光吸收光譜

圖3為釩酸鉍薄膜的掃描電子顯微鏡圖像

具體實施方式

1.先把3.32g碘化鉀溶解于50mL去離子水中，再加入0.97g五水合硝酸鉍，攪拌均勻后加入600uL 1mol/L的稀HNO₃；

2.將0.49g對苯醌溶于20mL無水乙醇；

3.將兩溶液混合，靜置2小時；

4.采用電沉積法，工作電壓為-0.1V，沉積時間300s，制備碘氧化鉍薄膜；

配置50mL 0.1mol/L的偏釩酸銨溶液，將其與碘氧化鉍薄膜轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜。水熱溫度為180℃，反應(yīng)時長18小時，獲得釩酸鉍薄膜樣品。