[發(fā)明專利]一種增強(qiáng)鎢酸鉍納米片極性的方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210526761.5
• 申請(qǐng)日: 2022-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN115350700A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李琦;馬慧琴;楊煒沂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/31
• 分類號(hào): B01J23/31;C02F1/30;C02F1/36;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)鎢酸鉍納米片極性的方法和應(yīng)用，屬于納米材料制備、太陽能利用與環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過在低濃度的氫氧化鈉溶液中在室溫下對(duì)鎢酸鉍納米片進(jìn)行化學(xué)刻蝕處理，溶解了部分鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(WO₄)^2?層,極大地增加了多面體的扭曲度，增強(qiáng)了材料的極性，有效地促進(jìn)了載流子的分離和輸運(yùn)，提高了材料壓電、光和壓光耦合催化降解抗生素磺胺甲惡唑的活性，且其壓光耦合催化降解性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光照或超聲單獨(dú)作用下的性能，可直接應(yīng)用于壓光耦合催化降解環(huán)境中的有機(jī)污染物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬納米材料制備、太陽能利用與環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增強(qiáng)鎢酸鉍納米片極性的方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

為了解決環(huán)境污染問題，半導(dǎo)體光催化技術(shù)被廣泛研究，但當(dāng)前光催化材料的效率較低，遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。通過精確地調(diào)控極性材料的晶體結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)材料的極性，促進(jìn)光生載流子的分離和轉(zhuǎn)移，提高材料的催化效率。增加單胞的扭曲度是增強(qiáng)材料極性的主要策略之一，比如在樣品合成過程中進(jìn)行摻雜或者高溫?zé)崽幚?。但這些處理方法并不適用于部分材料體系，并可能增加合成過程的復(fù)雜性和成本。因此，當(dāng)前迫切需要一種工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，能耗低的方法來調(diào)節(jié)極性光催化材料的晶體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其極性。

此外，引入外部電場(chǎng)也可以有效地提高光生載流子的分離效率。近年來，光場(chǎng)和機(jī)械場(chǎng)耦合催化被廣泛報(bào)道，其中超聲振動(dòng)是最常用的機(jī)械能形式之一。在實(shí)際操作中，只需簡(jiǎn)單地將光反應(yīng)器放置在超聲波清洗機(jī)中，即可實(shí)現(xiàn)超聲輔助的光催化反應(yīng)。超聲振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致極性光催化材料產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致其電荷正負(fù)中心發(fā)生偏移，產(chǎn)生極化誘導(dǎo)的內(nèi)部電場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)光生電子和空穴朝相反的方向遷移，并顯著提高材料的光催化性能。

鎢酸鉍(Bi₂WO₆)是一種層狀A(yù)urivillius結(jié)構(gòu)氧化物，由類鈣鈦礦(WO₄)^2-和類螢石(Bi₂O₂)²⁺交替組成，其具有合適的帶隙(～2.75eV)、良好的光穩(wěn)定性。此外，有報(bào)道稱空間群為P21ab的正交晶系Bi₂WO₆在室溫下具有優(yōu)異的壓電性能，表現(xiàn)出較大的自發(fā)極化(Ps≈50μC cm^-2)以及高的居里溫度(T_c≈960℃)。因此，通過調(diào)節(jié)Bi₂WO₆的晶體結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)其極性，并將光場(chǎng)與機(jī)械場(chǎng)協(xié)同耦合，研究Bi₂WO₆壓光耦合催化降解活性具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種增強(qiáng)鎢酸鉍納米片極性的方法和應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種增強(qiáng)鎢酸鉍納米片極性的方法，該方法是對(duì)鎢酸鉍(Bi₂WO₆)納米片原料采用氫氧化鈉溶液進(jìn)行化學(xué)刻蝕改性處理，獲得極性增強(qiáng)的鎢酸鉍納米片?；瘜W(xué)刻蝕處理會(huì)溶解部分鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(WO₄)^2-層,極大地增加多面體的扭曲度，增強(qiáng)材料的極性，有效地促進(jìn)載流子的分離和輸運(yùn)，提高材料壓電、光和壓光耦合催化降解抗生素磺胺甲惡唑等抗生素類污染物的活性，且其壓光耦合催化降解性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光照或超聲單獨(dú)作用下的性能。

所述化學(xué)刻蝕改性處理過程為：將鎢酸鉍納米片加入到低濃度的氫氧化鈉溶液中，所得混合溶液在室溫條件下攪拌10-24h，離心洗滌并干燥后得到化學(xué)刻蝕改性的鎢酸鉍納米片。

所述氫氧化鈉溶液是由氫氧化鈉溶解在去離子水中制備而成，且氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為0.005-0.05mol/L；所述混合溶液中鎢酸鉍納米片濃度為1-10g/L。

化學(xué)刻蝕前和刻蝕后的鎢酸鉍納米片的禁帶寬度為2.2-2.8eV，從紫外到可見光區(qū)域有較強(qiáng)的光吸收。