一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种具单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用，采用醇‑水热法，配置适量的Bi(NO)

说明书

技术领域

本发明属于光催化纳米材料领域，具体涉及一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

在无机材料中，钒酸铋因带隙可以从紫外调控至可见光波段（与结构及形貌相关），具有良好的氧化还原能力、光化学稳定性强的优点；且兼具成本低廉、无毒、色泽鲜艳等特点，在黄色颜料和可见光光催化剂领域受到了广泛关注。

作为具有良好光化学稳定性能的无机材料，钒酸铋的光学性能被广泛研究，相关结果证实：相比四方锆石和四方白钨矿结构的钒酸铋，单斜白钨矿晶型的钒酸铋在可见光范围内光催化性能最优。Walsh等通过密度泛函理论解释了其背后的机制(Chem. Mater. ,2009, 21, 547–551)，使得不同纳米结构单斜相钒酸铋制备取得了较大进展。

2010年，Han等人用十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，采用水热法合成了正八面体状的单斜白钨矿晶型钒酸铋，并将其用于罗丹明B的降解中。（Han M et al； Synthesis of mono-dispersed m-Bi VO₄>

2012年，Chen等采用等以 L-赖氨酸为表面活剂，水热条件下得到了中空花生状单斜相钒酸铋，在可见光下，对结晶紫降解均表现出较强的活性。（Chen L et al; Hollow peanut-like m-BiVO₄:>

2015年，Lu等采用柠檬酸纳作为表面活性剂，通过调控反应参数，获得了椭球状及双四角状的单斜白钨矿晶型钒酸铋，证实对亚甲基蓝具有较好的降解活性。（Lu Yanjie et al, .Preparation and efficient visible light-induced photocatalytic activity of m-BiVO₄>

水热法具有成本低廉，环境污染小工艺易放大等优点，但在形貌调控中，需借助有机的表面活性剂完成，其残留会明显影响制备的材料的光催化性能。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用。

本发明采取以下技术方案实现：

一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将适量NH₄VO₃>3·5H₂O>

（2）将步骤（1）中一半奶白色悬浮液A的直接倒入B中，快速搅拌5分钟后，将剩余的部分在5分钟内匀速加入；搅拌30分钟；得到反应完全的混合溶液；

（3）将混合溶液转移至聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在一定温度范围下；反应16h后取出，用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物3-4次；

（4）将冲洗干净的沉淀物微波干燥后，产物放入管式烧结炉中煅烧120-180分钟，得到单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片。

步骤（1）Bi(NO)₃·5H₂O和NH₄VO₃的物理量比为1.02-1.06，最优方案为1.04。

步骤（2）中快速搅拌的速度为800r/min；匀速添加的速率为 300r/min。

步骤（3）中的温度范围为120℃-180℃；其中最优方案为150℃。

步骤（4）中微波干燥时间为15分钟，煅烧温度为450℃-550℃；升温速率为4-6℃/min；最优方案为5℃/min升温至500℃煅烧150分钟。

一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片，其特征在于，根据所述任一所述方法制备得到。

一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片在光催化的应用，光催化性能良好。

与现有技术，本发明的有益效果是 ：

本发明采用醇-水热法，在不使用任何额外表面活性剂的条件下，通过优化加料方式，控制反应工艺结合煅烧的方式，直接获得对甲基橙具有良好光催化性能的单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片。该制备方案中无需添加任何表面活性剂，工艺定量性高；简单易控，可重复性强，易于实现大规模批量生产，具有重要的应用潜力。本发明提供了一种醇-水热方法，在不添加任何表面活性剂或螯合剂的条件下，通过优化加料模式及煅烧的方法，成功制备了尺寸均匀并对甲基橙具有良好光催化性能的单斜白钨矿晶型的钒酸铋纳米片，其褪色率能够达到98.44%；该制备方法简单可控，重复性高，具有明显的应用价值。

附图说明

图1：实施案例样品1的SEM图；

图2：实施案例样品1的拉曼谱图；

图 3：实施案例样品1对甲基橙的降解曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：℃

称取1.755g NH₄VO₃>3)₃·5H₂O，(15.6mmol)溶于50mL乙二醇溶液中；室温下磁力搅拌20分钟，获得澄清溶液B；将25mL奶白色悬浮液A直接倒入溶液B中，磁力搅拌的转速设置为800r/min，搅拌5分钟后转速调整为300r/min;将剩余的溶液A以5mL/min的速度继续倒入；结束后搅拌30分钟后将混合溶液转移至高压反应釜中；150℃条件下反应16h后取出；用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物4次；微波干燥15分钟后放入管式炉中；按照5>

实施例2：

称取1.755g NH₄VO₃>3)₃·5H₂O(15.9mmol)溶于50mL乙二醇溶液中；室温下磁力搅拌20分钟，获得澄清溶液B；>

实施例3：

称取1.755g NH₄VO₃>3)₃·5H₂O，(15.3mmol)溶于50mL>

实施例4：

称取1.755g NH₄VO₃>3)₃·5H₂O(15.6mmol)溶于50mL乙二醇溶液中；室温下磁力搅拌20分钟，获得澄清溶液B；将25mL奶白色悬浮液A直接倒入溶液B中，磁力搅拌的转速设置为800r/min，搅拌5分钟后转速调整为300r/min;将剩余的溶液A以5mL/min的速度继续倒入；结束后搅拌30分钟后将混合溶液转移至高压反应釜中；180℃条件下反应16h后取出；用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物4次；微波干燥15分钟后放入管式炉中；按照5℃/min的速率升温至500>

实施例5：

称取1.755g NH₄VO₃>3)₃·5H₂O(15.6mmol)溶于50mL乙二醇溶液中；室温下磁力搅拌20分钟，获得澄清溶液B；将25mL奶白色悬浮液A直接倒入溶液B中，磁力搅拌的转速设置为800r/min，搅拌5分钟后转速调整为300r/min;将剩余的溶液A以5mL/min的速度继续倒入；结束后搅拌30分钟后将混合溶液转移至高压反应釜中；120℃条件下反应16h后取出；用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物4次；微波干燥15分钟后放入管式炉中；按照5℃/min的速率升温至500℃，煅烧150分钟，即可获得光催化性能良好的单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片；

实施例6:

称取1.755g NH₄VO₃>3)₃·5H₂O(15.6mmol)溶于50mL乙二醇溶液中；室温下磁力搅拌20分钟，获得澄清溶液B；将25mL奶白色悬浮液A直接倒入溶液B中，磁力搅拌的转速设置为800r/min，搅拌5分钟后转速调整为300r/min;将剩余的溶液A以5mL/min的速度继续倒入；结束后搅拌30分钟后将混合溶液转移至高压反应釜中；150℃条件下反应16h后取出；用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物4次；微波干燥15分钟后放入管式炉中；按照4℃/min的速率升温至450>

实施例7:

称取1.755g NH₄VO₃>3)₃·5H₂O(15.6mmol)溶于50mL乙二醇溶液中；室温下磁力搅拌20分钟，获得澄清溶液B；将25mL奶白色悬浮液A直接倒入溶液B中，磁力搅拌的转速设置为800r/min，搅拌5分钟后转速调整为300r/min;将剩余的溶液A以5mL/min的速度继续倒入；结束后搅拌30分钟后将混合溶液转移至高压反应釜中；150℃条件下反应16h后取出；用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物4次；微波干燥15分钟后放入管式炉中；按照6℃/min的速率升温至550>