CN116920823A - 一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法 - Google Patents
一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116920823A CN116920823A CN202311032446.8A CN202311032446A CN116920823A CN 116920823 A CN116920823 A CN 116920823A CN 202311032446 A CN202311032446 A CN 202311032446A CN 116920823 A CN116920823 A CN 116920823A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- visible light
- nanometer
- preparation
- catalyst according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 111
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims 7
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 18
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 15
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 14
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 13
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 12
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229920002565 Polyethylene Glycol 400 Polymers 0.000 claims description 8
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 8
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- JLFNLZLINWHATN-UHFFFAOYSA-N pentaethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCOCCOCCO JLFNLZLINWHATN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 6
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 16
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 abstract description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- -1 silver ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 229910001451 bismuth ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/31—Chromium, molybdenum or tungsten combined with bismuth
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/302—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with microwaves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种纳米Bi2WO6‑TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，该纳米Bi2WO6‑TiO2可见光光解水催化剂由Bi2WO6和球形纳米TiO2复合而成。本发明的纳米Bi2WO6‑TiO2比表面积较大，粒径较小，带隙能降低，提高了光生电子‑空穴对的分离效率，具有较高的可见光催化活性，可见光光解水效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法。
背景技术
氢气(H2)具有能量密度高、来源范围广、环境友好等优点，可以通过直接燃烧或氢燃料电池释放能量，被认为是最理想的化石燃料替代品之一。太阳能催化制氢是指在光的照射下，通过催化剂利用光子能量，将水分解为H2和O2。太阳能具有取之不竭、洁净无污染、可再生等优点。由于人们越来越关注能源资源的减少和环境的恶化，太阳能已成为一种很有前景的化石燃料替代能源，以水为原料利用太阳能制氢则是从根本上解决能源及环境污染问题的理想途径之一。光催化过程中常用的光催化剂有贵金属、金属氧化物如TiO2、SrTiO3、BiVO4、金属硫化物CdS、ZnIn2S4、g-C3N4和金属有机框架MOFs等。但是，从利用太阳光的效率来看，这些催化剂光吸收范围较窄，主要吸收紫外区的能量，太阳光利用率低。另外金属氧化物和金属硫化物电子-空穴分离能力弱且存在光腐蚀的问题，导致光催化制氢活性低。碱土金属钽酸盐具有特殊结构和较高的导带，其光催化分解水具有一定的优势，然而它们的禁带宽度很大，大大降低了太阳能的利用率，需通过掺杂或改性的方法，提高能源的利用，在保证氧气能够析出的前提下，可以通过碳掺杂、氮掺杂、硫掺杂、氟掺杂等阴离子掺杂的方法对价带进行调节和控制以缩小禁带宽度，或通过运用其他的元素如掺杂银离子、铋离子等创造出新的价带，提高光催化性能。离子交换层状钙钛矿型光催化剂如铌酸盐光催化剂，其以原始状态存在时不能发生水合作用。但当层间的碱金属阳离子被质子交换后就能水合。该类催化剂在交换质子和负载Pt后，能显著提高光解水放氢的效率，但是这类催化剂，即使负载有共催化剂也不能光解水同时放出氢和氧，而需要牺牲剂，这是由于水完全分解为氢和氧必须在碱性条件下进行，而该类催化剂在碱性条件下不能发生水合作用(无法发生质子交换)，从而抑制了其催化活性。在太阳光谱中紫外光(400nm以下)不到5％,而波长为400～750nm的可见光占到43％，为了有效地利用太阳光，研究廉价、环境友好并具有高性能的可见光光解水催化剂，对于取得实用化具有重要意义。
光催化分解水反应可分为水还原和水氧化两个反应，当水中有极易被氧化的还原性试剂(如乙醇或SO3 2-)存在时，光生空穴将不可逆的氧化这些还原剂，而不是氧化水，这使得光生电子富余，氢气放出反应可以得到促进，当水中存在电子接受体如Ag+或Fe3+时，导带上的光生电子将被它们消耗，氧气的放出反应可以得到促进。具有可见光活性的光解水催化剂有Pt/CdS，WO3，AgNbO3，Bi2WO6，In2O3(ZnO)3，Pt/In2O3(ZnO)3，Pt/SrTiO3:Cr,Sb，Cu-ZnS等，但这些催化剂应用时需要牺牲剂或者助催化剂。Bi2WO6目前大都研究用于废水和废气的可见光催化降解处理，其与球形纳米TiO2复合合成具有较高可见光光催化活性的Bi2WO6/TiO2光解水催化剂还未见报道。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，其制备得到的催化剂可见光催化活性高，不加牺牲剂或者助催化剂时具有较高的可见光光解水催化效率。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，具体步骤如下：
S1、球形纳米TiO2的合成：将钛酸丁酯溶于无水乙醇，加入表面活性剂PEG400，搅拌下滴加无水乙醇、冰醋酸和去离子水的混合物，水解形成溶胶后继续搅拌至形成凝胶，静置2-3天，80～100℃真空干燥8-10小时后研磨，焙烧，制得球形纳米TiO2；
S2、纳米Bi2WO6-TiO2的合成：分别称取一定量的Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O，溶解于乙二醇，磁力搅拌30min形成无色透明的液体，在磁力搅拌条件下，加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮PVP，加入一定量的S1制备的球形纳米TiO2，继续磁力搅拌至白色悬浊液，调节pH值为4，超声分散30min，得到均匀微乳液体系；将混合溶液密封100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，160℃反应15h，自然冷却至室温；取出反应釜内沉淀物，先用蒸馏水进行抽滤洗涤，再用无水乙醇洗涤，收集沉淀物，烘干，研磨，焙烧，制得纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂。
优选地，步骤S1中，钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、去离子水的摩尔比为1:(20～40):(1～2.5):(2～6)。
优选地，步骤S1中，PEG400的量为总体积的1～1.5％。
优选地，步骤S1中，焙烧为在马弗炉中450℃空气焙烧3.5小时。
优选地，步骤S2中，Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O的摩尔比n[Bi(NO3)3·5H2O]:n[Na2WO4·2H2O]为2:1。
优选地，步骤S2中，乙二醇的量为50mL。
优选地，步骤S2中，PVP量为Bi2WO6前驱体Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O总质量的1％。
优选地，步骤S2中，TiO2的质量为Bi2WO6前驱体Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O合成Bi2WO6的质量与TiO2的质量比为1:(1～4)。
优选地，步骤S2中，所述烘干为80～100℃真空干燥，所述焙烧为马弗炉450℃空气焙烧3.5h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的纳米Bi2WO6-TiO2的衍射峰同时包含有正斜方晶Bi2WO6与锐钛矿TiO2的特征峰，纳米TiO2与Bi2WO6复合形成了一种新型光解水催化剂，Bi2WO6-TiO2中的衍射峰强度低于Bi2WO6，且存在较小偏移，使Bi2WO6-TiO2存在晶格缺陷，催化活性提高。
2、本发明的Bi2WO6在球形TiO2表面分散均匀，Bi2WO6与TiO2复合抑制Bi2WO6-TiO2粒径的生长，纳米Bi2WO6-TiO2较小的粒径以及球形结构，比表面积较大，催化性能提高。
3、本发明的纳米Bi2WO6的带隙能为2.8eV左右，锐钛型纳米TiO2的带隙能为3.2eV，纳米Bi2WO6与TiO2复合合成的纳米Bi2WO6-TiO2降低了TiO2的带隙能，有利于提高电子-空穴对的分离效率，提高纳米Bi2WO6-TiO2光解水催化剂的可见光催化性能。
4、本发明的可见光激发下，Bi2WO6和TiO2可以分别产生电子和空穴，电子从Bi2WO6和TiO2各自的价带(VB)跃迁到导带(CB)，在VB中留下空穴，TiO2的CB中的电子从TiO2转移到Bi2WO6，然后Bi2WO6的VB中的空穴从Bi2WO6转移到TiO2，聚集在Bi2WO6的CB上的电子参与了H+的还原，这大大提高了光催化制氢的效率，TiO2的VB中的空穴可以分解H2O生成O2，Bi2WO6-TiO2可以显著提高光生电子-空穴对的分离效率和光催化活性，可见光光解水催化效率高。
附图说明
图1为本发明实施例2制备的纳米Bi2WO6-TiO2的TEM测试结果图；
图2为本发明实施例2制备的纳米Bi2WO6-TiO2的紫外-可见漫反射光谱图；
图3为本发明实施例2纳米Bi2WO6-TiO2可见光激发下光解水示意图；
图4为纯TiO2、纯Bi2WO6和本发明实施例2纳米Bi2WO6-TiO2的XRD谱图。
具体实施方式
下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
(1)球形纳米TiO2的合成：将17mL钛酸丁酯溶于22mL无水乙醇，加入1mL表面活性剂PEG400，搅拌下滴加22mL无水乙醇、3.6mL冰醋酸和3.6mL去离子水的混合物，水解形成溶胶后继续搅拌，待形成凝胶后静置2-3天，80℃真空干燥8-10小时后得到的粉末研磨后在马弗炉中450℃空气焙烧3.5小时，制得4g球形纳米TiO2。
(2)纳米Bi2WO6-TiO2的合成：称取2.43g的Bi(NO3)3·5H2O和0.83g的Na2WO4·2H2O，溶解于50mL乙二醇，磁力搅拌30min形成无色透明的液体，在磁力搅拌条件下，加入0.33g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，加入1.75g步骤(1)制备的球形纳米TiO2，继续磁力搅拌至白色悬浊液，调节pH值为4，超声分散30min，得到均匀微乳液体系。将混合溶液密封100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，160℃反应15h，自然冷却至室温。取出反应釜内沉淀物，先用蒸馏水进行抽滤洗涤，再用无水乙醇洗涤，收集沉淀物，烘干，研磨，450℃空气焙烧3.5小时，制得3.5g Bi2WO6与TiO2质量比为1:1的纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂。
实施例2：
(1)球形纳米TiO2的合成：将17mL钛酸丁酯溶于22mL无水乙醇，加入1mL表面活性剂PEG400，搅拌下滴加22mL无水乙醇、3.6mL冰醋酸和3.6mL去离子水的混合物，水解形成溶胶后继续搅拌，待形成凝胶后静置2-3天，80℃真空干燥8-10小时后得到的粉末研磨后在马弗炉中450℃空气焙烧3.5小时，制得4g球形纳米TiO2。
(2)纳米Bi2WO6-TiO2的合成：称取2.43g的Bi(NO3)3·5H2O和0.83g的Na2WO4·2H2O，溶解于50mL乙二醇，磁力搅拌30min形成无色透明的液体，在磁力搅拌条件下，加入0.33g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，加入3.5g步骤(1)制备的球形纳米TiO2，继续磁力搅拌至白色悬浊液，调节pH值为4，超声分散30min，得到均匀微乳液体系。将混合溶液密封100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，160℃反应15h，自然冷却至室温。取出反应釜内沉淀物，先用蒸馏水进行抽滤洗涤，再用无水乙醇洗涤，收集沉淀物，烘干，研磨，450℃空气焙烧3.5小时，制得5.25g Bi2WO6与TiO2质量比为1:2的纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂。
实施例3：
(1)球形纳米TiO2的合成：将17mL钛酸丁酯溶于22mL无水乙醇，加入1mL表面活性剂PEG400，搅拌下滴加22mL无水乙醇、3.6mL冰醋酸和3.6mL去离子水的混合物，水解形成溶胶后继续搅拌，待形成凝胶后静置2-3天，80℃真空干燥8-10小时后得到的粉末研磨后在马弗炉中500℃空气焙烧3.5小时，制得4g球形纳米TiO2。
(2)纳米Bi2WO6-TiO2的合成：称取1.21g的Bi(NO3)3·5H2O和0.41g的Na2WO4·2H2O，溶解于50mL乙二醇，磁力搅拌30min形成无色透明的液体，在磁力搅拌条件下，加入0.16g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，加入2.625g步骤(1)制备的球形纳米TiO2，继续磁力搅拌至白色悬浊液，调节pH值为4，超声分散30min，得到均匀微乳液体系。将混合溶液密封100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，160℃反应15h，自然冷却至室温。取出反应釜内沉淀物，先用蒸馏水进行抽滤洗涤，再用无水乙醇洗涤，收集沉淀物，烘干，研磨，450℃空气焙烧3.5小时，制得3.5g Bi2WO6与TiO2质量比为1:3的纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂。
实施例4：
(1)球形纳米TiO2的合成：将17mL钛酸丁酯溶于22mL无水乙醇，加入1mL表面活性剂PEG400，搅拌下滴加22mL无水乙醇、3.6mL冰醋酸和3.6mL去离子水的混合物，水解形成溶胶后继续搅拌，待形成凝胶后静置2-3天，80℃真空干燥8-10小时后得到的粉末研磨后在马弗炉中500℃空气焙烧3.5小时，制得4g介孔中空纳米TiO2。
(2)纳米Bi2WO6-TiO2的合成：称取1.21g的Bi(NO3)3·5H2O和0.41g的Na2WO4·2H2O，溶解于50mL乙二醇，磁力搅拌30min形成无色透明的液体，在磁力搅拌条件下，加入0.16g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，加入3.5g步骤(1)制备的球形纳米TiO2，继续磁力搅拌至白色悬浊液，调节pH值为4，超声分散30min，得到均匀微乳液体系。将混合溶液密封100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，160℃反应15h，自然冷却至室温。取出反应釜内沉淀物，先用蒸馏水进行抽滤洗涤，再用无水乙醇洗涤，收集沉淀物，烘干，研磨，450℃空气焙烧3.5小时，制得4.375g Bi2WO6与TiO2质量比为1:3的纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂。
其中，图1为实施例2制备的纳米Bi2WO6-TiO2的TEM测试结果。图1可见，其为球形结构，Bi2WO6均匀分布在TiO2的表面，球形结构使其具有较大的比表面积，催化性能提高。
图2为实施例2制备的纳米Bi2WO6-TiO2的紫外-可见漫反射光谱。作紫外-可见漫反射光谱曲线的切线，其与X轴的交点即为该曲线纳米Bi2WO6-TiO2的入射光波长423nm，纳米Bi2WO6-TiO2的激发波段已从紫外光拓展到可见光波段。
根据禁带宽度计算公式：Eg＝1240/λ
计算得出实施例2制备的纳米Bi2WO6-TiO2的禁带宽度为2.93eV，表明Bi2WO6与球形TiO2复合后使TiO2的带隙能从3.2eV降低到可以可见光激发的2.93eV。
图3为实施例2纳米Bi2WO6-TiO2可见光激发下光解水示意图。可见光激发下，Bi2WO6和TiO2可以分别产生电子和空穴，电子从Bi2WO6和TiO2各自的价带(VB)跃迁到导带(CB)，在VB中留下空穴，TiO2的CB中的电子从TiO2转移到Bi2WO6，然后Bi2WO6的VB中的空穴从Bi2WO6转移到TiO2。聚集在Bi2WO6的CB上的电子参与了H+的还原，这大大提高了光催化制氢的效率，TiO2的VB中的空穴可以分解H2O生成O2，Bi2WO6-TiO2可以显著提高光生电子-空穴对的分离效率和光催化活性，可见光光解水催化效率提高。
图4为纯TiO2、纯Bi2WO6和实施例2纳米Bi2WO6-TiO2的XRD谱图。图4可见，Bi2WO6-TiO2的衍射峰同时包含有正斜方晶Bi2WO6与锐钛矿TiO2的特征峰，且峰形尖锐，无其它衍射杂峰，表明纳米TiO2与Bi2WO6已成功复合形成一种新型光解水催化剂。Bi2WO6-TiO2的衍射峰强度明显低于Bi2WO6，且存在较小偏移，使Bi2WO6-TiO2存在晶格缺陷，催化活性提高。采用Scherrer公式计算纯TiO2、纯Bi2WO6和实施例2纳米Bi2WO6-TiO2的平均晶粒大小分别为23.6nm、42.8和16.8nm，Bi2WO6与TiO2复合抑制Bi2WO6-TiO2粒径的生长，较小的粒径使得复合后合成的Bi2WO6-TiO2催化性能提高。
光解水实验：在光催化反应装置中，磁力搅拌下将50mg实施例2制备的Bi2WO6-TiO2光解水催化剂分散在100mL去离子水中，通氮气10分钟，抽真空。以300W氙灯为光源，冷却循环系统中的冷却水温度保持在5℃，在线GC-7920气相色谱仪配备热导检测器和0.5nm分子筛柱，色谱仪柱箱温度60℃，进样器温度120℃，桥电流60mA，检测器的检测温度120℃，高纯氮气作载气，流速为18mL·min-1，检测逸出气体。去离子水未加任何牺牲剂和助催化剂的情况下的光催化分解生成H2和O2的速率分别为2.48μmol·h-1·g-1和1.22μmol·h-1·g-1，表明Bi2WO6-TiO2光解水催化剂具有较高的可见光催化性能，可见光光解水催化效率较高。
本发明中披露的说明和实践，对于本技术领域的普通技术人员来说，都是易于思考和理解的，且在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、球形纳米TiO2的合成：将钛酸丁酯溶于无水乙醇，加入表面活性剂PEG400，搅拌下滴加无水乙醇、冰醋酸和去离子水的混合物，水解形成溶胶后继续搅拌至形成凝胶，静置2-3天，80～100℃真空干燥8-10小时后研磨，焙烧，制得球形纳米TiO2；
S2、纳米Bi2WO6-TiO2的合成：分别称取一定量的Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O，溶解于乙二醇，磁力搅拌30min形成无色透明的液体，在磁力搅拌条件下，加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮PVP，加入一定量的S1制备的球形纳米TiO2，继续磁力搅拌至白色悬浊液，调节pH值为4，超声分散30min，得到均匀微乳液体系；将混合溶液密封100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，160℃反应15h，自然冷却至室温；取出反应釜内沉淀物，先用蒸馏水进行抽滤洗涤，再用无水乙醇洗涤，收集沉淀物，烘干，研磨，焙烧，制得纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、去离子水的摩尔比为1:(20～40):(1～2.5):(2～6)。
3.根据权利要求1所述的一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，PEG400的量为总体积的1～1.5％。
4.根据权利要求1所述的一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，焙烧为在马弗炉中450℃空气焙烧3.5小时。
5.根据权利要求1所述的一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O的摩尔比n[Bi(NO3)3·5H2O]:n[Na2WO4·2H2O]为2:1。
6.根据权利要求1所述的一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，乙二醇的量为50mL。
7.根据权利要求1所述的一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，PVP量为Bi2WO6前驱体Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O总质量的1％。
8.根据权利要求1所述的一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，TiO2的质量为Bi2WO6前驱体Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O合成Bi2WO6的质量与TiO2的质量比为1:(1～4)。
9.根据权利要求1所述的一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述烘干为80～100℃真空干燥，所述焙烧为马弗炉450℃空气焙烧3.5h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311032446.8A CN116920823B (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311032446.8A CN116920823B (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116920823A true CN116920823A (zh) | 2023-10-24 |
| CN116920823B CN116920823B (zh) | 2024-09-06 |
Family
ID=88386161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311032446.8A Active CN116920823B (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116920823B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118142546A (zh) * | 2024-03-08 | 2024-06-07 | 南通大学 | 一种纳米NiAg/多孔异质结Bi2MoO6/TiO2可见光光解水催化剂的制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150020505A (ko) * | 2013-08-16 | 2015-02-26 | 성균관대학교산학협력단 | 고분자 물질을 이용하여 친수성 표면개질한 가시광 응답형 광촉매 및 이의 제조방법 |
| CN106631671A (zh) * | 2016-09-20 | 2017-05-10 | 郑州轻工业学院 | 一种利用水溶液中短链脂肪酸制备烷烃和氢气的方法 |
| CN107694587A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-02-16 | 浙江师范大学 | 一种Bi2WO6/Co(CO3)0.5(OH)复合光催化剂及其制备方法 |
| CN109244485A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-01-18 | 南通大学 | 一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂及其制备方法 |
| JP2019084527A (ja) * | 2017-11-01 | 2019-06-06 | 株式会社豊田中央研究所 | Ｚスキーム型光触媒系 |
| CN113502504A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-10-15 | 南通大学 | 一种NiSn/TiO2@ZnFe2O4电催化剂及其制备方法 |
| CN113634270A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-12 | 长春理工大学 | 氮化碳纳米片修饰的Janus纳米纤维异质结光催化剂 |
-
2023
- 2023-08-16 CN CN202311032446.8A patent/CN116920823B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150020505A (ko) * | 2013-08-16 | 2015-02-26 | 성균관대학교산학협력단 | 고분자 물질을 이용하여 친수성 표면개질한 가시광 응답형 광촉매 및 이의 제조방법 |
| CN106631671A (zh) * | 2016-09-20 | 2017-05-10 | 郑州轻工业学院 | 一种利用水溶液中短链脂肪酸制备烷烃和氢气的方法 |
| JP2019084527A (ja) * | 2017-11-01 | 2019-06-06 | 株式会社豊田中央研究所 | Ｚスキーム型光触媒系 |
| CN107694587A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-02-16 | 浙江师范大学 | 一种Bi2WO6/Co(CO3)0.5(OH)复合光催化剂及其制备方法 |
| CN109244485A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-01-18 | 南通大学 | 一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂及其制备方法 |
| CN113502504A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-10-15 | 南通大学 | 一种NiSn/TiO2@ZnFe2O4电催化剂及其制备方法 |
| CN113634270A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-12 | 长春理工大学 | 氮化碳纳米片修饰的Janus纳米纤维异质结光催化剂 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| MURCIA LOPEZ S. 等: "Novel Bi2WO6-TiO2 heterostructures for Rhodamine B degradation under sunlike irradiation", 《JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS》, vol. 185, no. 2, 30 January 2011 (2011-01-30), pages 1425 - 1434 * |
| 何冬青 等: "Bi2WO6/TiO2复合物的制备及其光电性质", 《黑龙江科技大学学报》, vol. 26, no. 2, 30 March 2016 (2016-03-30), pages 135 * |
| 周传凯 等: "溶胶凝胶法制备TiO2-Ag的介孔微球及其抗菌性能研究", 《浙江理工大学学报(自然科学版)》, vol. 37, no. 4, 30 March 2017 (2017-03-30), pages 486 * |
| 白照杲 等: "Bi2WO6-TiO2复合光催化剂对Cu-EDTA复合污染的高效光催化协同处理", 《化工进展》, vol. 36, no. 6, 5 June 2017 (2017-06-05), pages 2164 - 2170 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118142546A (zh) * | 2024-03-08 | 2024-06-07 | 南通大学 | 一种纳米NiAg/多孔异质结Bi2MoO6/TiO2可见光光解水催化剂的制备方法 |
| CN118142546B (zh) * | 2024-03-08 | 2024-12-06 | 南通大学 | 一种纳米NiAg/多孔异质结Bi2MoO6/TiO2可见光光解水催化剂的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116920823B (zh) | 2024-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jiang et al. | Preparation of magnetically retrievable flower-like AgBr/BiOBr/NiFe2O4 direct Z-scheme heterojunction photocatalyst with enhanced visible-light photoactivity | |
| CN107126944B (zh) | 一种具有高可见光催化活性的多缺陷多掺杂二氧化钛纳米颗粒及制备方法 | |
| CN111203257B (zh) | 用于生产过氧化氢的复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN107349937A (zh) | 一种石墨烯基双金属硫化物纳米复合光催化剂的制备方法 | |
| CN103263920B (zh) | 一种TiO2负载的高分散金属催化剂及其制备方法 | |
| CN112495401B (zh) | 一种Mo掺杂MoO3@ZnIn2S4 Z体系光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN104289240B (zh) | 一种Ag3PO4/BiVO4异质结复合光催化剂的制备方法 | |
| CN102963934A (zh) | 钨酸铋量子点及其与石墨烯复合材料的制备方法 | |
| CN107469804A (zh) | 一种纳米颗粒铋负载的二氧化钛基复合光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN108607593A (zh) | 硫化镉纳米粒子修饰的五氧化二铌纳米棒/氮掺杂石墨烯复合光催化剂与应用 | |
| CN103372424A (zh) | 一种高活性n-f共掺杂钒酸铋可见光光催化材料的合成方法 | |
| CN107552030A (zh) | 一种具有多缺陷氟掺杂中空毛刺立方体结构二氧化钛纳米颗粒及制备方法 | |
| CN100415366C (zh) | 钽钛酸硫化镉载铂层状复合催化剂及其制备方法 | |
| CN116920823B (zh) | 一种纳米Bi2WO6-TiO2可见光光解水催化剂的制备方法 | |
| CN109046314A (zh) | 一种石墨烯-Nb掺杂TiO2纳米管异质结构光催化剂制备方法 | |
| CN114870873A (zh) | 一种用离子交换构建表面缺陷光催化材料的方法 | |
| CN110302826A (zh) | 碱式硝酸铋和碘氧铋复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114768841A (zh) | 过渡金属磷化物修饰的氧掺杂ZnIn2S4极化光催化材料及其制备方法和用途 | |
| CN110773178B (zh) | 一种硅酸银/（040）钒酸铋直接z型光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN106011970B (zh) | 一种低维MnO2/TiO2杂化纳米阵列结构及其制备方法和用途 | |
| CN110038641B (zh) | 钒酸铋/铬卟啉/石墨烯量子点二维复合z型光催化材料、制备方法及应用 | |
| CN117680168A (zh) | 一种具有规整花状形貌的木质素碳基卤氧铋z型异质结复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN112047372A (zh) | 一种CuO多孔纳米片、其制备方法及其在热催化和光热催化方面的应用 | |
| CN115254115B (zh) | Co/C-TiO2复合材料的制备方法及其在CO2光催化还原中的应用 | |
| CN110180528A (zh) | 一步溶剂热法制备La/B共掺杂BiVO4-OVs/rGO纳米复合材料及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |