[發明專利]表面分散型納米鉬酸鉍復合光催化材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010148605.0
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111215119A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 申乾宏;章李汝華;俞利鑫;林家堃;楊輝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J23/31;B01J35/06;B01J35/00;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及半導體材料技術，旨在提供一種表面分散型納米鉬酸鉍復合光催化材料的制備方法。包括：以含聚丙烯腈的混合物制備含鈦前驅體溶液，利用靜電紡絲裝置制備含鈦纖維，干燥后置于馬弗爐中煅燒，獲得具有粗糙表面形貌的二氧化鈦納米纖維；然后分散于二水鉬酸鈉與五水硝酸鉍的乙二醇、無水乙醇中，進行水熱反應；反應結束后離心、收集、洗滌沉淀，干燥即獲得產品。本發明中，表面分散型納米異質結有利于二氧化鈦和鉬酸鉍同時利用可見光，形成雙光子激發的催化體系。鉬酸鉍納米顆粒在二氧化鈦粗糙纖維表面彌散生長形成的三維分等級結構，可通過誘導可見光的多重反射充分利用光，同時保持較高比表面積和增加活性位點，促進吸附和光化學反應。

技術領域

本發明涉及半導體材料的制備，特別涉及一種表面分散型納米鉬酸鉍復合光催化材料的制備方法。

背景技術

半導體光催化技術可將太陽能轉化為電能和化學能，在能源及環境領域具有非常廣闊的應用前景。傳統以二氧化鈦為代表的光催化材料具有低成本、氧化能力強、穩定性高及無二次污染等優點，已獲得較為廣泛的應用。然而，由于二氧化鈦為寬禁帶半導體(禁帶寬度為3.2eV)，只有紫外光才能激發二氧化鈦產生光催化活性，這限制了對太陽能的利用率。因此，探索新型窄帶隙半導體是當前光催化領域研究的重點，目前已發展出硫化物、氮化物、鹵氧化物、復合氧化物等材料體系。其中，鉬酸鉍是一種n型窄帶隙半導體(禁帶寬度2.5-2.8eV)，由(Bi₂O₂)²⁺層及MoO₆鈣鈦片層狀結構組成，擁有典型的Aurivillius結構，從而有利于光生載流子的傳輸。

傳統固相法所制備鉬酸鉍顆粒尺寸較大，不利于光催化應用，將鉬酸鉍納米化是提高其光催化活性的重要途徑。有研究采用溶膠凝膠法制備了鉬酸鉍納米顆粒，表現出優異鉬酸鉍微米級材料的優異光催化性能；也有研究采用表面活性劑輔助水熱法制備出鉬酸鉍納米片，大大提高了可見光催化活性。但是，納米材料具有較高的表面活性，在液相光催化反應過程中，存在易失活、易凝聚、難回收的缺點。為此，人們提出制備具有三維分等級結構的鉬酸鉍材料，制備由納米級鉬酸鉍組裝而成的微米級多孔性顆粒，這類材料可兼具納米級材料的高比表面積和微米級材料易分散回收的優勢。如有研究采用乙二醇/乙醇混合溶劑熱法制備了由納米片自組裝形成的花狀鉬酸鉍微球；還有研究通過無模板劑溶劑熱法制備了花狀鉬酸鉍中空微球。此外，針對單一鉬酸鉍仍存在的光生電子-空穴易復合、量子效率低等問題，目前也有研究采用摻雜、半導體復合等技術手段進行鉬酸鉍的改性，探索鉬酸鉍改性的新技術與方法是當前研究的重要方向。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種表面分散型納米鉬酸鉍復合光催化材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種表面分散型納米鉬酸鉍復合光催化材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)含鈦前驅體溶液配制

取聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亞胺、聚乳酸中的至少一種，與聚丙烯腈組成混合物，其中聚丙烯腈在混合物中的質量分數為40～60％；將5～30質量份聚合物加入50～100質量份的溶劑中，攪拌得到澄清透明的聚合物溶液；向聚合物溶液中滴加1～5質量份的醋酸和1～10質量份鈦酸丁酯溶液，不斷攪拌至均一透明，得到含鈦前驅體溶液；

(2)二氧化鈦納米纖維制備

利用靜電紡絲裝置和步驟(1)得到含鈦前驅體溶液制備含鈦纖維，干燥后置于馬弗爐中煅燒，獲得具有粗糙表面形貌的二氧化鈦納米纖維；

(3)納米鉬酸鉍生長控制