專利名稱：一種可見光下具有光催化性能的BiVO₄ 的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，屬于功能材料領域。
背景技術：
近年來，利用半導體光催化技術降解廢水及空氣中有機污染物的研究活躍，TiO2以其無毒，高化學穩(wěn)定性和氧化性等成為理想的光催化劑。但是TiO2僅對占太陽能4%的紫外光有響應，這大大限制了其應用。為了更好地利用占太陽光43%的可見光，設計和發(fā)展有效的可見光光催化劑有著重要的學術和應用意義。因此，研究工作者設計了許多復合 金屬氧化物作為可見光響應的新型光催化劑，如BiW06、InV04、AgA102、CaIn2O4等。BiVO4就是這些復合金屬氧化物光催化劑中的一種，它在光解水和降解礦化有機污染物等方面得到了一些應用，但是它的光催化性能受其晶型的影響。BiVO4S要有三種晶型四方鋯石型、單斜白鎢礦型結構和四方白鎢礦型結構。單斜白鎢礦型結構BiVO4的禁帶寬度窄，在可見光下具有良好的催化活性。BiVO4的制備方法有固相法、溶膠-凝膠法、化學共沉淀法、水熱法、液相沉淀法、微乳液法和微波水熱法等，大多數實驗前驅物溶液制備過程中均會用濃硝酸作為Bi (NO3) 3 · 5H20的溶劑，來抑制Bi (NO3) 3 · 5H20的水解。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，其工藝流程簡單，條件溫和，反應時間短，粒度分布均勻且成本較低的。按照本發(fā)明的工藝方法可以避免使用濃硝酸作為抑制劑，并能選擇性地制得單斜相、四方相的BiVO4粉體，制得的BiVO4粉體在可見光下具有一定的光催化性能。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，包括以下步驟將鉍鹽溶于去離子水中，攪拌均勻形成鉍鹽溶液；將釩鹽溶于100°c去離子水中，加熱攪拌均勻形成釩鹽溶液；將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照Bi : V=I: I的摩爾配比混合，攪拌均勻后，加入NaOH溶液，調節(jié)PH為I. 33、. 5，磁力攪拌形成前驅物溶液；將前驅物溶液放入聚四氟乙烯反應釜中，微波水熱反應溫度200°C，保溫反應40min ;反應完成后，冷卻，取出反應釜中的黃色沉淀物，用去離子水和無水乙醇洗滌3次，最后在70°C下干燥12h，制成了 BiVO4粉體。本發(fā)明進一步的改進在于所述鉍鹽和釩鹽分別為Bi (NO3) 3 · 5H20和NH4V03。本發(fā)明進一步的改進在于所述NH4VO3加熱攪拌的溫度恒定在40°C 45°C直到偏釩酸銨溶液呈棕黃色為止。本發(fā)明進一步的改進在于所述NaOH溶液的濃度為1 6. 5mol/L。本發(fā)明進一步的改進在于微波水熱反應的填充比為5(Γ60%。一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，包括以下步驟步驟I :將O. Olmol Bi(NO3)3 ·5Η20溶于去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌均勻形成溶液么，將O. Olmol NH4VO3溶于100°C去離子水中，在磁力攪拌器上加熱攪拌均勻形成溶液B，加熱攪拌的溫度恒定在40°C 45°C ;步驟2 :將步驟I制備的溶液A和溶液B混合后，在磁力攪拌器上攪拌均勻，然后加入NaOH溶液，調節(jié)pH值為I. 33，在磁力攪拌器上攪拌30min，制得前驅物溶液；步驟3 :將步驟2制得的前驅物溶液放入聚四氟乙烯反應釜中，填充比為50%，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定微波水熱反應溫度為200°C，保溫時間為40min;步驟4:待反應完成后，冷卻，取出反應釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌3次，最后在70°C下恒溫干燥12h，得BiVO4粉體。與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明將含鉍化合物溶于去離子水中，攪拌2(T30min，將含釩化合物溶于100°C的去離子水中，加熱攪拌2(T35min，將鉍鹽和釩鹽按照Bi: V=I: I的摩爾配比混合,攪拌l(T20min,加入不同濃度的NaOH溶液,磁力攪拌30min形成前驅物溶液，將前驅物溶液放入聚四氟乙烯反應釜中，微波水熱反應溫度200°C，保溫 時間40min，將生成的黃色沉淀取出，用去離子水和無水乙醇洗滌3次，在70°C下干燥12h，制成了 BiVO4粉體。本發(fā)明在配制前驅物溶液時不用濃硝酸作抑制劑來抑制Bi (NO3)3 ·5Η20的水解，而是直接將Bi (NO3) 3 · 5Η20溶解于去離子水中，具有操作簡單，條件溫和，反應時間短的特點。并且，本發(fā)明通過調節(jié)前驅物溶液的PH值可以選擇性地制得單斜相和四方相的BiVO4粉體，制得的粉體在可見光下具有一定的光催化性能。


圖I是本發(fā)明單斜相的BiVO4粉體的XRD圖(實施例I :pH=l. 33)；圖2是本發(fā)明單斜相的BiVO4粉體在可見光下降解羅丹明B溶液的紫外-可見光譜隨時間的變化曲線圖(實施例I :pH=l. 33)；圖3是本發(fā)明四方相的BiVO4粉體的XRD圖(實施例2 pH=2. 55)。
具體實施例方式本發(fā)明先將含鉍化合物溶于去離子水中，攪拌3(T40min，將含釩化合物溶于IOO0C的去離子水中，加熱攪拌3(T40min，將鉍鹽和釩鹽按照Bi : V=I: I的摩爾配比混合，攪拌30min，加入不同濃度的NaOH溶液，磁力攪拌30min形成前驅物溶液，將前驅物溶液放入聚四氟乙烯反應釜中，微波水熱反應溫度200°C，保溫時間40min，將生成的黃色沉淀取出，用去離子水和無水乙醇洗滌3次，在70°C下干燥12h，制成了 BiVO4粉體。本發(fā)明采用去離子水溶解Bi (NO3)3 · 5H20，反應方程式為Bi (NO3) 3+H20=2HN03+Bi0N03Bi0N03+V(V=BiV04+N(V與用濃硝酸溶解Bi (NO3) 3 · 5H20相比，該方法操作簡單，反應條件溫和，節(jié)省原料，更重要的是利用本方法可以通過調節(jié)PH值來選擇性地制備單斜相和四方相的BiVO4粉體，且制得的粉體在可見光下具有一定的光催化性能。離子水替換濃硝酸后，去離子水可以使Bi(NO3)3 · 5H20 水解。下面結合本發(fā)明優(yōu)選的實施例本發(fā)明做進一步描述，原料均為分析純。實施例I :步驟I:將O.Olmol Bi (NO3) 3 ·5Η20溶于去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌30min，將0. Olmol NH4VO3溶于100°C的去離子水中，在磁力攪拌器上加熱攪拌30min，加熱
攪拌溫度恒定在45 °C。步驟2 :將步驟I制備的兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌20min，然后加入5ml濃度為lmol/L的NaOH溶液，測定pH值為I. 33，在磁力攪拌器上攪拌30min，制得前驅物溶液；步驟3 :將前驅液放入聚四氟乙烯反應釜中，填充比為50%，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定微波水熱反應溫度為200°C，保溫時間為40min ；步驟4:待反應完成后，冷卻，取出反應釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌3次，最后在70°C下恒溫干燥12h，得到BiVO4粉體。 用XRD測定粉體的物相組成，從圖I中可以看出采用微波水熱法不添加抑制劑可以制備出單斜相的BiVO4粉體。圖2是本發(fā)明在pH=l. 33下制得的單斜相BiVO4粉體在可見光下降解羅丹明B溶液的紫外-可見光譜隨時間的變化曲線圖。從圖中可以看出不添加抑制劑(濃硝酸)也能制備出在可見光下具有一定光催化性能的BiVO4粉體。實施例2 步驟I:將O.Olmol Bi (NO3) 3 *5H20溶于去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌20min，將0. Olmol NH4VO3溶于100°C的去離子水中，在磁力攪拌器上加熱攪拌20min，加熱攪拌溫度恒定在40°C。步驟2 :將步驟I制備的兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌20min，然后加入5ml濃度為4mol/L的NaOH溶液，測定pH值為2. 55，在磁力攪拌器上攪拌30min，制得前驅物溶液；步驟3:將前驅液放入聚四氟乙烯反應釜中，填充比為60%，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定微波水熱反應溫度為200°C，保溫時間為40min ；步驟4:待反應完成后，冷卻，取出反應釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌3次，最后在70°C下恒溫干燥12h，得到BiVO4粉體。用XRD測定粉體的物相組成，從圖3中可以看出采用微波水熱法不添加抑制劑可以制備出四方相的BiVO4粉體。實施例3 步驟I:將O.Olmol Bi (NO3) 3 *5H20溶于去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌30min，將O.Olmol NH4VO3溶于100°C去離子水中，在磁力攪拌器上加熱攪拌35min，加熱攪拌溫度恒定在40°C。步驟2 :將步驟I制備的兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌lOmin，然后加入5ml濃度為6mol/L的NaOH溶液，測定pH值為9. 18，在磁力攪拌器上攪拌30min，制得前驅物溶液；步驟3 :將前驅液放入聚四氟乙烯反應釜中，填充比為50%，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定微波水熱反應溫度為200°C，保溫時間為40min ；步驟4:待反應完成后，冷卻，取出反應釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌3次，最后在70°C下恒溫干燥12h，得到BiVO4粉體。該粉體經XRD測試為單斜相的BiVO4粉體。實施例4
步驟I:將O.Olmol Bi (NO3) 3*5H20溶于去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌30min，將O.Olmol NH4VO3溶于100°C去離子水中，在磁力攪拌器上加熱攪拌35min，加熱攪拌溫度恒定在40°C。步驟2 :將步驟I制備的兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌lOmin，然后加入5ml濃度為6. 5mol/L的NaOH溶液，測定pH值為9. 50，在磁力攪拌器上攪拌30min，制得前驅物溶液；步驟3:將前驅液放入聚四氟乙烯反應釜中，填充比為60%，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定微波水熱反應溫度為200°C，保溫時間為40min ；步驟4:待反應完成后，冷卻，取出反應釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌3次，最后在70°C下恒溫干燥12h，得到BiVO4粉體。 該粉體經XRD測試為單斜相的BiVO4粉體。以上所述僅為本發(fā)明的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領域普通技術人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 將鉍鹽溶于去離子水中，攪拌均勻形成鉍鹽溶液；將釩鹽溶于100°c去離子水中，加熱攪拌均勻形成釩鹽溶液；將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照Bi:V=I I的摩爾配比混合，攪拌均勻后，加入NaOH溶液，調節(jié)pH為I. 33、. 5，磁力攪拌形成前驅物溶液；將前驅物溶液放入聚四氟乙烯反應釜中，微波水熱反應溫度200 0C，保溫反應40min ；反應完成后，冷卻，取出反應釜中的黃色沉淀物，用去離子水和無水乙醇洗滌3次，最后在70°C下干燥12h，制成了BiVO4粉體。
2.如權利要求I所述一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，其特征在于，所述鉍鹽和釩鹽分別為Bi (NO3) 3 5H20和NH4V03。
3.如權利要求I所述一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，其特征在于，所述NH4VO3加熱攪拌的溫度恒定在40°C 45°C直到偏釩酸銨溶液呈棕黃色為止。
4.如權利要求I所述一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，其特征在于，所述NaOH溶液的濃度為I 6. 5mol/L。
5.如權利要求I所述一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，其特征在于，微波水熱反應的填充比為50 60%。
6.一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I :將0. Olmol Bi (NO3)3AH2O溶于去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌均勻形成溶液々，將0. Olmol NH4VO3溶于100°C去離子水中，在磁力攪拌器上加熱攪拌均勻形成溶液B，加熱攪拌的溫度恒定在40°C 45°C ； 步驟2 :將步驟I制備的溶液A和溶液B混合后，在磁力攪拌器上攪拌均勻，然后加入NaOH溶液，調節(jié)pH值為I. 33，在磁力攪拌器上攪拌30min，制得前驅物溶液； 步驟3 :將步驟2制得的前驅物溶液放入聚四氟乙烯反應釜中，填充比為50%，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定微波水熱反應溫度為200°C，保溫時間為40min ；步驟4:待反應完成后，冷卻，取出反應釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌3次，最后在70°C下恒溫干燥12h，得BiVO4粉體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在可見光下具有光催化性能的BiVO4的制備方法，該方法先將含鉍化合物和含釩化合物分別溶于去離子水中，然后混合后，加入NaOH溶液形成前驅物溶液，將前驅物溶液放入聚四氟乙烯反應釜中，生成黃色沉淀，最后用去離子水和無水乙醇洗滌后，干燥即得BiVO4粉體。本發(fā)明在配制前驅物溶液時未使用濃硝酸作抑制劑來抑制Bi(NO3)3·5H2O的水解，而是直接將Bi(NO3)3·5H2O溶解于去離子水中，故本發(fā)明具有操作簡單，條件溫和，反應時間短的特點。本發(fā)明通過調節(jié)前驅物溶液的pH值可以選擇性地制得不同晶相的BiVO4粉體，且制得的粉體在可見光下具有一定的光催化性能。
文檔編號C01G31/00GK102963930SQ20121044487
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權日2012年11月9日
發(fā)明者談國強, 張麗麗, 魏莎莎 申請人:陜西科技大學