本发明专利技术公开了一种暴露高活性晶面的钒酸铋光催化剂及其制备方法，其形状为四方切角双锥体形，选择性暴露出{010}晶面，晶相为单斜白钨矿相，粒径为500nm-3um；制备方法是先分别用等体积等浓度的稀硝酸和稀氨水为溶剂溶解等摩尔量的五水硝酸铋和偏钒酸铵，在剧烈搅拌的条件下将十二烷基磺酸钠加到硝酸铋溶液中；然后将硝酸铋溶液与偏钒酸铵溶液混合，搅拌一段时间后将混合液pH值调节至6.5～8，在160-200℃的条件下晶化12-48h，经离心洗涤干燥得到钒酸铋纳米颗粒。本发明专利技术采用简单的水热合成法制备工艺，操作方便，反应周期较短，可重复性好；制备的钒酸铋光催化剂可见光响应性能好，光催化性能优异。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无机纳米光催化剂材料及其制备领域，具体的说，特别涉及一种表面活性剂辅助水热合成暴露高活性{010}晶面的钒酸铋光催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着当今社会的不断发展，能源短缺和环境污染等问题日益严重；特别是环境污染问题，已经严重制约了人类社会的可持续发展。如何利用一种高效的手段来解决这些问题是人类需要共同面对的重大问题。众所周知，太阳能是一种取之不尽用之不竭的能源，如果能够充分利用太阳能，能源短缺与环境污染等问题将得到大大缓解。现 代工业排放的许多污染物用常规处理方法难以得到解决，其中有机染料(例如亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO))等一些常见的难降解污染物在织染等工业中有大量排放，已经造成了严重的环境污染。研究表明利用半导体光催化剂在光照的条件下产生的活性物质可以有效分解这些有机染料污染物。因此，为了解决这类污染物带来的环境问题，近几十年来各国科学家对利用太阳能光解有机染料污染物进行了广泛而深入的研究，并取得了较大进展。目前研究最多的半导体光催化剂是TiO2，但是其带隙较大(3.2eV),只有在紫外光下才有响应，不能充分利用太阳能，很大程度上限制了其实际应用。因此研究具有可见光响应性能的光催化剂具有重要意义。钒酸铋(BiVO4)是一种近十年逐渐发展起来的可见光响应的光催化材料，具有良好的可见光光催化性能^目前各国科学家已经陆续开发出了多种不同形貌BiVO4的合成方法，比如球形纳米颗粒2、纳米管3、纳米片4等。一方面，不同形貌的BiVO4可以选择性的暴露某些特定的晶面。另一方面，很多特殊形貌有利于增加材料的比表面积，而比表面积的增加可以提高材料的吸附性能和催化性能。而且超细纳米结构可以减小光生电子和空穴到达催化剂表面的传输距离，从而减小其重组的可能性。一般来说表面活性剂辅助合成法是合成不同形貌BiVO4的一种切实有效地方法，例如采用EDTA5和SDBS6等表面活性剂，可以选择性的合成出纳米颗粒、纳米管3、正八面体6等多种形貌的BiV04。一些无机物也可以辅助合成出特殊形貌的BiVO4，例如TiCl3等。用于调节溶液pH的物质也对形貌有很大影响，例如，用乙醇胺调节pH合成出了纳米片，而采用KHCO33做为pH调节剂合成出了纳米管。总之，可以采用多种方法合成出具有特殊形貌的BiV04。虽然BiVO4作为光催化剂的研究已经取得了较大进步，但BiVO4还并非一种完美的光催化剂。原因之一就是在合成过程中，钒酸铋的高活性晶面难以得到充分暴露，大大影响了其光催化性能。因此有必要选择性合成出具有高活性晶面暴露的钒酸铋。理论和实验研究均表明{010}晶面是钒酸铋光催化剂的高活性晶面47Λ目前虽然合成出了多种形貌的BiVO4材料，但是高活性晶面的暴露依然不足。因此开发出一种简单易行的方法来选择性合成暴露{010}晶面的钒酸铋光催化剂对提高其光催化活性具有十分重要的意义。参考文献:1.Y.Sunj B.Quj Q.Liuj S.Gaoj Z.Yanj W.Yanj B.Pan，S.Wei and Y.Xiej Nanoscale,2012，4，3761-3767.2.J.Yu and A.Kudo, Adv.Funct.Mater.，2006，16，2163-2169.3.W.W.Lin Zhou，*Lisha Zhang，Haolan Xu，and Wei Zhuj J.Phys.Chem.Cj 2007，111，13659-13664.4.G.Xi and J.Yej Chem.Commun.，2010，46，1893-1895.5.W.W.Songmei Sun, *Lin Zhou, and Haolan Xuj Ind.Eng.Chem.Res.，2009，48，1735 - 1739.6.M.Hanj X.Chen, T.Sun, 0.K.Tan and M.S.Tsej Cryst.Eng.Comm.，2011，13，6674.7.D.Wang, H.Jiang，X.Zongj Q.Xuj Y.Maj G.Li and C.Li，Chem.Eur.J.，2011，17，1275-1282.8.J.Yang, D.Wang, X.Zhou and C.Li, Chem.Eur.J.，2013，19，1320-1326.
技术实现思路
本专利技术要解决的是目前合成的钒酸铋光催化剂高活性晶面暴露不足，光催化活性低等技术问题，提供了，该钒酸铋光催化剂能够选择性暴露高活性的{010}晶面，具有良好的可见光响应性能和可见光光催化活性，在降解有机污染物等方面显示出优良性能；该制备方法具有简单易行、价格低廉和重复性好等特点。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现:一种暴露高活性晶面的钒酸铋光催化剂，其纳米颗粒形状为四方切角双锥体，选择性暴露出{010}晶面，晶相为单斜白钨矿相，粒径为500nm-3um。一种暴露高活性晶面的钒酸铋光催化剂的制备方法，该方法按照以下步骤进行:(I)将Bi (NO3)3.5Η20溶于I 4Μ的稀硝酸溶液中，搅拌使其完全溶解，然后缓慢加入0.45 0.65g的十二烷基磺酸钠，搅拌混匀，记为溶液A ；(2)取与步骤(I)中所述Bi (NO3)3.5Η20等摩尔量的NH4VO3溶于I 4Μ的稀氨水溶液中，搅拌使其完全溶解，记为溶液B ；(3)将步骤(I)所述的溶液A缓慢加入到步骤(2)所述的溶液B中，搅拌使其混匀，用氨水溶液缓慢调节pH至6.5 8，继续搅拌30 120min得到均匀混合液；(4)将步骤(3)得到的混合液转移到晶化釜中，160 200°C下晶化12 48h，自然冷却到室温；(5)离心后分别用去离子水和无水乙醇洗涤晶化后的催化剂，并在60 100°C下干燥6 12h,得到f凡酸秘纳米颗粒。其中，步骤(I)中将Bi (NO3)3.5H20溶于稀硝酸溶液的搅拌时间为10 60min。其中，步骤(2)中将NH4VO3溶于稀氨水溶液的搅拌时间为10 60min。优选地，步骤(3)中的pH为6.9 7.2。优选地，步骤(4)中的晶化温度为170_190°C。优选地， 本专利技术的有益效果是:本专利技术采用高效的表面活性剂辅助水热合成法，操作简单易行，反应周期较短，可重复性好。在水热过程中，十二烷基磺酸钠选择性地吸附在钒酸铋高能晶面，降低了其表面能。在晶化过程中，具有高表面能的{010}晶面得以保留，最终得到四方切角双锥体形(即十面体形)的钒酸铋光催化剂，选择性暴露出高活性的{010}晶面；而且在所采用的水热温度和晶化釜内的自生压力条件下得到的钒酸铋的晶相为高活性的单斜白钨矿相。经试验证明，本专利技术的钒酸铋光催化剂吸收波长范围可以达到520nm左右，具有很好的可见光响应性能，可以有效利用太阳能。同时，其可见光降解有机污染物效果显著，在波长大于420nm的可见光照射下，在30min内亚甲基蓝染料降解量大约为70%，其活性远高于商业性的Degussa P25光催化剂。可以预见，本专利技术制备的钒酸铋光催化剂也可广泛用于光解水制氧以及其它能源与环境的相关领域。附图说明图1是实施例1所制备的钒酸铋光催化剂在场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)下的形貌图；图2是实施例1所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种暴露高活性晶面的钒酸铋光催化剂，其特征在于，其纳米颗粒形状为四方切角双锥体形，选择性暴露出{010}晶面，晶相为单斜白钨矿相，粒径为500nm?3um。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：巩金龙，李长江，王胜平，张鹏，张冀杰，王拓，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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