[發明專利]一種釩酸鉍空心微球的制備方法

在審

• 申請號: 201610162836.0
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105688889A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 施偉東;陳芬;李娣;顧巍;肖立松
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J23/22
• 分類號: B01J23/22;B01J35/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種釩酸鉍(BiVO₄)空心微球的制備方法，是一種制備工藝 簡單，產物具有良好光催化活性的空心BiVO₄納米材料的制備方法。

背景技術

隨著現代工業的迅猛發展，全球能源消耗量逐年上升，能源危機迫在眉 睫。而同時，大量工業廢棄物的肆意排放，環境污染問題日益嚴重，時刻威脅 著人類的生活水平和生存狀態。為了有效解決這兩大難題，各種新技術應運而 生，其中，光催化技術被認為是最有希望同時解決這兩大問題的方法，這是因 為：光催化技術具有高效、穩定、環境友好等特點，適合大規模應用；光催化 技術具有價格低廉、可循環使用等優點，滿足可持續發展。制備高性能、高穩 定性的光催化材料一直是光催化領域研究的熱點，也是使光催化真正實現工業 化應用的主要途經。

BiVO₄材料具有較窄的帶隙能、低毒、化學穩定性好和較高的太陽光利用 率，自Kudo等首次報道了BiVO₄具有光解水的特性開始，光催化領域對此材 料產生了極大的關注。BiVO₄具有三種晶體結構：單斜白鎢礦結構(ms- BiVO₄)，四方白鎢礦結構(ts-BiVO₄)和四方鋯石結構(tz-BiVO₄)。四方結 構BiVO₄的帶隙能約為2.9eV，主要吸收紫外光譜，而單斜結構的BiVO₄的帶 隙能為2.4eV，吸收光譜范圍可以擴展到可見光區域。四方和單斜結構BiVO₄的紫外帶隙來自于O2p到V3d的躍遷，而可見光吸收來自于Bi6s軌道形成的 價帶(VB)或Bi6s和O2p的雜化軌道到V3d形成的導帶的躍遷^[37]。而且， BiVO₄中的Bi-O鍵是扭曲的，這將會提高光生電子和空穴的分離效率。目前的 研究結果表明，BiVO₄的三種晶體結構中，單斜結構的BiVO₄展現出最高的光 催化活性。因此，選擇性制備單斜結構的BiVO₄是光催化領域一個非常重要的 課題。

空心結構，作為一種特殊的納米結構，由于其具有低效率密度，大比表面 積和良好的滲透性，使其使其在生物敏感器件、催化劑、鋰離子電池、藥物載 體、太陽能電池等領域展現了潛在的應用價值，受到越來越多的關注。將 BiVO₄制備成空心結構，不僅可以有效增加其比表面積，同時還可以利用空心 結構的獨特的光學性能提高其光吸收性能，從而提高光催化性能。然而，目前 關于成功合成BiVO₄空心結構仍鮮有報道。該制備方法中所用空心結構模板為 SiO₂納米球，和前人的工作相比，該納米球合成簡單，制備工藝綠色，所得到 空心結構形貌均一，光催化性能良好，且通過循環實驗證明，其穩定性較高， 有利于重復利用。

發明內容

本發明目的是提供一種新的利用二氧化硅納米球模板水熱法合成BiVO₄空 心微球的方法。

本發明通過以下步驟實現：

(1)制備模板二氧化硅(SiO₂)納米球：量取一定量正硅酸四乙酯 (TEOS)，乙醇，去離子水和氨水(28wt％)，在室溫下攪拌4h，攪拌停止 后，分別用水和乙醇交替洗滌三次，離心，烘干，研磨成粉末狀。

所述TEOS、乙醇、去離子水、氨水的體積比為2-3：37.5：3：2，最優比 例為2.25：37.5：3：2。

(2)制備SiO₂BiVO₄復合結構：稱取五水硝酸鉍(Bi(NO₃)·5H₂O)加入 去離子水中，水浴加熱并攪拌使其溶解；隨后，向其中加入SiO₂納米球粉末， 繼續攪拌使其分散均勻；將十二水合原釩酸鈉(Na₃VO₄·12H₂O)溶于去離子水 中，待其完全溶解后，逐滴加入上述溶液中，繼續攪拌；攪拌停止后，將所得 溶液轉移到聚四氟乙烯的反應釜中，水熱反應，待自然冷卻至室溫后，離心出 黃色固體，用去離子水和乙醇交替洗滌三次，離心，烘干，研磨至粉末狀。