一种采用微波水热法制备鱼刺状和木柴状BiVO

摘要

本发明公开了一种采用微波水热法制备鱼刺状和木柴状BiVO

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种微波水热方法制备不同形貌 的单斜相和四方相共混的钒酸铋光催化剂的方法。

背景技术

半导体光催化技术降解有机污染物的研究受到各国学者的广泛 关注，开发可见光下具有高催化活性的催化材料已经成为光催化研究 的热点。国内外报道的光催化研究中，TiO₂以其优良的光催化性能， 成为近几十年来最重要的光催化剂。但由于其带隙宽(3.2eV)，只能 被波长较短的紫外光激发，太阳光利用率低，开发具有可见光光催化 活性的材料是光催化技术走向实用型的必然趋势。

研究表明钒酸铋作为一种窄禁带的半导体，不仅具有铁弹性、声 光转换性，同时在表现出优良的光催化活性，并且化学性质稳定，很 多制备方法已经用来合成钒酸铋粉体。如溶胶-凝胶法、水热法、沉 淀法、微乳液法等，微波水热法却鲜有报道。钒酸铋的光催化效果与 晶型、结构、表面状态、晶体形貌等有关。因此开发环境友好的制备 方法，并灵活控制形貌和结构对钒酸铋材料的性质和应用研究具有一 定的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应时间短，工艺流程简单，粒度分 布均匀且形貌灵活可控的微波水热法制备单斜相和四方相共混的 BiVO₄的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用微波水热法制备鱼刺状和木柴状BiVO₄粉体的方法，包 括以下步骤：

步骤1：将铋盐和钒盐按照Bi∶V＝1∶1的摩尔配比分别溶于HNO₃溶液和NaOH溶液中；其中铋盐浓度为0.15～0.45mol/L，钒盐浓度为 0.15～0.45mol/L，HNO₃溶液浓度为2～6mol/L，NaOH溶液浓度为 1～4mol/L；

步骤2：将步骤1制得的两种母盐溶液分别在室温下搅拌 20～40min，然后将钒盐溶液缓慢滴加到铋盐溶液中，用NaOH调节 pH＝0.5～6.5，搅拌均匀，制得黄色乳浊前驱物；

步骤3：将前驱物溶液移入微波水热反应釜中，填充比为40～60％， 然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为 160～220℃，功率为300～500W，反应60～120min后停止；

步骤4：待反应温度降至室温后，将反应釜取出，收集沉淀物， 用水将沉淀物洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在80℃下干 燥即得BiVO₄粉体。

本发明进一步的改进在于：步骤1中所述钒盐为Bi(NO₃)₃·5H₂O， 所述铋盐为NH₄VO₃。

本发明进一步的改进在于：步骤4中干燥时间为8小时。

本发明进一步的改进在于：步骤2中pH＝2.8～3.2。

本发明进一步的改进在于：步骤2中pH＝4.9～5.2。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明方法反应时间短， 工艺流程简单，所制备出的BiVO₄粉体粒度分布均匀；按照本发明的 工艺方法可以制得共混的BiVO₄粉体，该混晶为单斜相和四方相共 存，类似于半导体耦合，两种晶型的价带和导带电位不同，降低了电 子和空穴的复合率，从而提高了光催化活性；并通过调节pH得到鱼 刺状、木柴状等不同形貌的钒酸铋粉体。

附图说明

图1是本发明鱼刺状和木柴状单斜相和四方相共混的钒酸铋粉 体的XRD图(曲线a：实施例1条件下制得的钒酸铋粉体的XRD图； 曲线b：实施例2条件下制得的钒酸铋粉体的XRD图)；

图2是本发明鱼刺状和木柴状单斜相和四方相共混的钒酸铋粉 体SEM照片(图2a：实施例1条件下制得的钒酸铋粉体的SEM照片； 图2b：实施例2条件下制得的钒酸铋粉体的SEM照片)。

具体实施方式

本发明一种采用微波水热法制备鱼刺状和木柴状BiVO₄粉体的 方法，将五水硝酸铋[Bi(NO₃)₃·5H₂O]溶解于一定浓度的HNO₃中，偏 钒酸铵(NH₄VO₃)溶解于NaOH溶液中，将两种母盐溶液分别在室 温下搅拌20～40min后，NH₄VO₃溶液缓慢滴加到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶 液中，制得黄色乳浊前驱物；以NaOH为矿化剂，调节pH＝0.5～6.5； 充分搅拌后移入微波水热反应釜中，填充比为40％～60％，置于微波 辅助水热合成仪中，设定反应温度为160～220℃，保温时间为 60～120min；待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，洗 涤至中性后，在80℃下恒温干燥，得到单斜相和四方相共混的具有 鱼刺状和木柴状的钒酸铋粉体。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的介绍。

实施例1：

步骤1：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于20ml HNO₃溶液中，NH₄VO₃溶解于20ml NaOH溶液中，其中Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.25mol/L， NH₄VO₃浓度为0.25mol/L，n_Bi∶n_V＝1∶1，HNO₃溶液浓度为4mol/L， NaOH溶液浓度为2mol/L。

步骤2：将步骤1制得的两种母盐溶液分别在室温下搅拌 20～40min，然后将NH₄VO₃溶液缓慢滴加到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中， 用NaOH调节pH＝2.8～3.2，搅拌10min，制得黄色乳浊前驱物；

步骤3：将前驱物溶液移入微波水热反应釜中，填充比为40％， 然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为200℃， 功率为400W，反应90min后停止；

步骤4：待反应温度降至室温后，将反应釜取出，收集沉淀物， 用水将沉淀物洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在80℃下干 燥8小时即得BiVO₄粉体。

实施例2：

步骤1：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于20ml HNO₃溶液中，NH₄VO₃溶解于20ml NaOH溶液中，其中Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.45mol/L， NH₄VO₃浓度为0.45mol/L，n_Bi∶n_V＝1∶1，HNO₃溶液浓度为2mol/L， NaOH溶液浓度为3mol/L。

步骤2：将步骤1制得的两种母盐溶液分别在室温下搅拌 20～40min，然后将NH₄VO₃溶液缓慢滴加到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中， 用NaOH调节pH＝4.9～5.2，搅拌10min，制得黄色乳浊前驱物；

步骤3：将前驱物溶液移入微波水热反应釜中，填充比为40～60％， 然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为220℃， 功率为500W，反应120min后停止；

步骤4：待反应温度降至室温后，将反应釜取出，收集沉淀物， 用水将沉淀物洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在80℃下干 燥即得BiVO₄粉体。

实施例3：

步骤1：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于20ml HNO₃溶液中，NH₄VO₃溶解于20ml NaOH溶液中，其中Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.2mol/L， NH₄VO₃浓度为0.2mol/L，n_Bi∶n_V＝1∶1，HNO₃溶液浓度为6mol/L，NaOH 溶液浓度为1mol/L。

步骤2：将步骤1制得的两种母盐溶液分别在室温下搅拌 20～40min，然后将NH₄VO₃溶液缓慢滴加到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中， 用NaOH调节pH＝0.5，搅拌10min，制得黄色乳浊前驱物；

步骤3：将前驱物溶液移入微波水热反应釜中，填充比为40～60％， 然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为160℃， 功率为300W，反应80min后停止；

步骤4：待反应温度降至室温后，将反应釜取出，收集沉淀物， 用水将沉淀物洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在80℃下干 燥即得BiVO₄粉体。

实施例4：

步骤1：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于20ml HNO₃溶液中，NH₄VO₃溶解于20ml NaOH溶液中，其中Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.15mol/L， NH₄VO₃浓度为0.15mol/L，n_Bi∶n_V＝1∶1，HNO₃溶液浓度为6mol/L， NaOH溶液浓度为4mol/L。

步骤2：将步骤1制得的两种母盐溶液分别在室温下搅拌 20～40min，然后将NH₄VO₃溶液缓慢滴加到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中， 用NaOH调节pH＝6.5，搅拌10min，制得黄色乳浊前驱物；

步骤3：将前驱物溶液移入微波水热反应釜中，填充比为40～60％， 然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为160℃， 功率为450W，反应60min后停止；

步骤4：待反应温度降至室温后，将反应釜取出，收集沉淀物， 用水将沉淀物洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在80℃下干 燥即得BiVO₄粉体。

按照本发明的工艺方法可以制得单斜相和四方相共混的具有鱼 刺状和木柴状的钒酸铋粉体粉体，该混晶单斜相和四方相共存，类似 于半导体耦合，两种晶型的价带和导带电位不同，降低了电子和空穴 的复合率，从而提高了光催化活性。并通过调节pH得到鱼刺状、木 柴状等不同形貌的钒酸铋粉体。

从粉体的XRD图中可以看出采用微波水热法按照本发明的工艺 可以制备出单斜相和四方相共混的BiVO₄粉体。从图2可以看出采用 微波水热法在pH＝2.8～3.2时可以得到呈鱼刺状生长的BiVO₄粉体， 如图2a图所示；在pH＝4.9～5.2时可以得到木柴状的BiVO₄粉体，如 图2b所示。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方 式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案 采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。