一种具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料的制备方法。要解决光催化CO2的多元催化体系复杂、温室效应，能源危机日益严重、木材剩余物高附加值利用的问题。本发明专利技术利用木材矿化手段通过溶胶凝胶法合成了高度有序的二氧化铈/钨酸铋，采用真空微纳浸渍、两步沉淀法和高温焙烧合成遗态结构的二氧化铈/钨酸铋用于光催化还原CO2。产品可应用于CO2高效利用、光催化等领域。此种制造方法能够实现木材剩余物的高效利用，重要的是，此种制造方法工艺操作简便，成本低廉，适合工业化推广，有利于拓宽木材剩余物的应用领域，提供新的光催化材料的制备方式，是一种绿色环保的催化剂复合材料制造技术。合材料制造技术。

【技术实现步骤摘要】
一种具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属复合催化材料制造方法类，特别涉及一种具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料的制造方法。

技术介绍

[0002]随着社会发展，工业化进程日益加快，温室气体排放日益增多，导致温室效应愈发严重，全球气候变暖，两级冰川融化，海平面上升，严重的影响了人类的生存。光催化还原二氧化碳(CO2)是一种利用太阳能将温室气体CO2转化为高附加值化学品的有效方法。
[0003]利用太阳能将二氧化碳转化为具有附加值的化学品，是同时解决温室效应和化石燃料危机的一个有前景的战略。为了实现这一目标，必须设计一种高效的光催化剂，赋予强大的可见光吸收、强氧化还原电位、高效的电荷分离和优异的耐久性。近年来，钙钛矿层结构的钨酸铋(Bi2WO6)由于其优异的光电子性能，如大的消光系数，易于制备，低成本，以及通过改变其卤化物组成可调带隙等，在光催化应用中得到了广泛的应用。然而，Bi2WO6的催化活性仍然很大程度上受到严重的电荷重组的限制，且由于其比表面积低，氧空位缺乏导致其较低的催化效率严重限制了Bi2WO6在光催化领域的进一步发展。
[0004]寻找合适的氧化半导体与Bi2WO6构成Z型异质结是一种理想的光催化剂结合方式。因此，所寻找的氧化半导体应具备以下性质：可见光响应能力、可与Bi2WO6产生强的相互作用、与Bi2WO6形成交错的能带结构以及对氧化还原反应的高催化活性。在各种半导体中，二氧化铈(CeO2)是一种典型的可见光响应的金属氧化物。研究表明，Ce/>3+
可在CeO2晶格表面与Bi2WO6在界面处结合形成离子桥，提供Bi2WO6更多的表面氧空位，从而提高Bi2WO6的光催化能力。然而，纯CeO2在高温条件下易烧结，导致晶格氧迁移率和氧活化能力极大降低，从而限制了其储氧能力和氧化还原性能，也限制了其表面活性分子的催化能力，因此有必要提出一种新的CeO2/Bi2WO6高性能的合成策略。
[0005]受自然启发，通过模拟自然界储量丰富的木材多层次、多尺度的结构特性，利用木材矿化手段，结合分子生物学，人工耦合技术合成具有遗态结构的CeO2/Bi2WO6。木材矿化手段利用生物形态转化技术，以生物大分子及其有序聚集结构为模板，合成形态复杂的无机材料已成为现代纳米技术发展的重要研究方向。通过模拟复杂的木材内部多尺度孔道结构，赋予CeO2/Bi2WO6更大的比表面积以提高反应物与产物在催化剂内部的高扩散率及高氧迁移速率。并且，木材内部含有丰富的羟基自由基在参与催化剂反应过程中与CeO2表面对弧电子结合形成大量的氢键，极大的提高了催化剂的催化活性。
[0006]本研究制备了一种具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料，用于光催化CO2还原。采用多种技术对所制得的复合光催化剂进行了分析表征。研究发现，木材矿化后CeO2的高比表面积通过离子桥使得Bi2WO6能够有效地修饰到其表面，CeO2和Bi2WO6之间的紧密结合为电荷分离和转移提供了良好的界面。与原始的Bi2WO6或CeO2/Bi2WO6相比，所开发的遗态结构CeO2/Bi2WO6显示出更高的CO2还原光催化活性。在遗态结构CeO2/Bi2WO6材料中，Bi2WO6中的光激电子与CeO2中的空穴复合，改善了电荷分离，使高势还原电子保持在Bi2WO6侧。据我
们所知，这是首次构建遗态结构CeO2/Bi2WO6光催化剂，用于可见光驱动的CO2还原。这项研究拓宽了Bi2WO6的在光催化领域的应用范围，为木材在催化领域的应用提供了新的借鉴方式，并为可持续能源的发展提出新的有趣的策略。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在解决提供一种具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料的制备方法。
[0008]为解决上述技术问题，提出催化性能更为优异的基于仿生木材制备具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料的制造方法，其特征在于：以来源于丰富的林木资源包括林木剩余物在内的杉木木材为模板，以无机化合物硝酸铈为前驱体，加入作为络合剂的柠檬酸，混入硝酸铋、钨酸钠与溶液中，通过超声振荡与微纳浸渍的处理方式赋予制备出的二氧化铈/钨酸铋遗态结构，采用高温焙烧工艺手段制造一种具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋。
[0009]一种具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料的制备方法，包括下述步骤：
[0010](1)将木材切为长宽为4cm、高为2mm的木片，并将其置于一定浓度的氢氧化钠溶液中，在60～80℃的条件下处理8～10h，木片经过处理后，用去离子水及乙醇反复洗涤3次，置于烘箱中在90～120℃条件下干燥10～14h。
[0011](2)称取一定质量的六水硝酸铈及柠檬酸，通过磁力搅拌器充分搅拌配置成二氧化铈前驱体溶液；然后称取一定质量钨酸钠、硝酸铋置于二氧化铈前驱体溶液中并继续搅拌，直至溶液变为澄清透明为止。
[0012](3)将步骤(1)中的干燥后的木片放入步骤(2)中的溶液中，然后利用超声辅助浸渍方式在超声机中超声震荡，超声后再利用真空干燥箱进行真空微纳浸渍处理，然后将超声后的木片取出在常温条件下干燥12～16h，得到干燥后的浸渍木片。
[0013](4)将步骤(3)中所得的干燥后的浸渍木片置于管式炉中，在400～550℃条件下通入空气焙烧6～8h，将木片通过焙烧脱去，得到遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料。
[0014]作为优化，所述处理木片所需的氢氧化钠溶液质量浓度为1～2％。
[0015]作为优化，所述配置复合溶液六水硝酸铈质量浓度为5～20％，柠檬酸质量浓度为10～25％，硝酸铋质量浓度为16～28％，钨酸钠质量浓度为16～28％。
[0016]作为优化，所述放入木片后的二氧化铈初产品溶液超声振荡处理20～30min，真空微纳浸渍处理3～6h。
[0017]作为优化，该复合材料所用的木片为杉木木片。
[0018]采用本专利技术的制造方法制造遗态结构的二氧化铈/钨酸铋，一方面，可以完善复合催化剂制备工艺，同时可极大提高复合材料的光催化性能，该工艺操作简便，成本低廉，适合工业化推广，有利于提高木质材料的高附加值利用，同时拓宽了二氧化铈/钨酸铋的应用领域，实现了我国催化剂领域高效利用。
具体实施方式
[0019]具体实施方式一：
[0020]本实施方式中一种具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料的制备方法如下：
[0021](1)将木材切为长宽为4cm、高为2mm的木片，并将其置于一定浓度的氢氧化钠溶液
中，在65℃的条件下处理10h，木片经过处理后，用去离子水及乙醇反复洗涤3次，置于烘箱中在110℃条件下干燥14h。
[0022](2)称取一定质量的六水硝酸铈及柠檬酸，通过磁力搅拌器充分搅拌配置成二氧化铈前驱体溶液；然后称取一定质量钨酸钠、硝酸铋置于二氧化铈前驱体溶液中并继续搅拌，直至溶液变为澄清透明为止。
[0023](3)将步骤(1)中的干燥后的木片放入步骤(2)中的溶液中，然后利用超声辅助浸渍方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有遗态结构的二氧化铈/钨酸铋复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将木材切为长宽为4cm、高为2mm的木片，并将其置于一定浓度的氢氧化钠溶液中，在60～80℃的条件下处理8～10h，木片经过处理后，用去离子水及乙醇反复洗涤3次，置于烘箱中在90～120℃条件下干燥10～14h。(2)称取一定质量的六水硝酸铈及柠檬酸，通过磁力搅拌器充分搅拌配置成铈锆固溶体前驱体溶液；然后称取一定质量钨酸钠、硝酸铋置于铈锆固溶体前驱体溶液中并继续搅拌，直至溶液变为澄清透明为止。(3)将步骤(1)中的干燥后的木片放入步骤(2)中的溶液中，然后利用超声辅助浸渍方式在超声机中超声震荡，超声后再利用真空干燥箱进行真空微纳浸渍处理，然后将超声后的木片取出在常温条件下干燥12～16h，得到干燥后的浸渍木片。(4)将步骤(3)中所得的干燥后的浸渍木片置于管式炉中，在40...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明辉，张硕，周庆国，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：