申请日2017.05.27
公开(公告)日2017.07.28
IPC分类号B01J23/28; C02F1/30; C02F101/30
摘要
一种水热合成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结的方法，采用水热法合成复合光催化剂三维Bi4MoO9/TiO2异质结，以Bi(NO3)3·5H2O和Na2MoO4·2H2O作为纳米带Bi4MoO9晶体的合成原料，以TiO2纳米球为诱导剂，在液相下混合，控制整个溶液不同阶段的pH值，在准TiO2纳米球上，诱导原位生长出Bi4MoO9纳米带，形成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结。反应过程中以H2O为溶剂，TiO2纳米球为诱导剂，无其他有机试剂的引入，降低了原材料成本及后续清洗次数，减少了制备过程中有机污染物的排放与污水处理，同时生长出的复合纳米晶体形貌均一，光催化性能优越。
权利要求书
1.一种水热合成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结的方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备Bi前驱体溶液：将Bi(NO3)3·5H2O加入蒸馏水，搅拌均匀，得到白色悬浊液;持续搅拌条件下，滴加碱性溶液至悬浊液的pH值范围为3～7，得到悬浊液A;
制备TiO2表面附着Bi的化合物：将TiO2纳米球添加至悬浊液A中，搅拌均匀，得到混合悬浊液C;
制备Na2MoO4溶液：将Na2MoO4·2H2O加入蒸馏水，搅拌至完全溶解，得到溶液B;
添加Mo源：将得到的溶液B滴加到混合悬浊液C中，并搅拌均匀;持续搅拌条件下，进一步滴加碱性溶液至混合悬浊液C中，调节pH值大于7，得到混合悬浊液D;
水热反应：将得到的混合悬浊液D转移至封闭容器中，进行水热反应，得到水热反应合成产物;
清洗、干燥合成产物：将水热反应合成产物洗涤、干燥后，得到所述三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结。
2.根据权利要求1所述的水热合成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结的方法，其特征在于：所述步骤制备TiO2表面附着Bi的化合物的步骤中，混合悬浊液C中各物质的加入量比例关系满足Bi(NO3)3·5H2O物质的量:TiO2物质的量之比为1～3:5。
3.根据权利要求2所述的水热合成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结的方法，其特征在于：所述添加Mo源的步骤中，混合悬浊液D中各物质的加入量比例关系满足Bi(NO3)3·5H2O物质的量:Na2MoO4·2H2O物质的量之为1～6:1。
4.根据权利要求3所述的水热合成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结的方法，其特征在于：所述水热反应步骤中，水热反应的温度为120～180℃，水热反应的时间为1.5～8小时。
说明书
水热合成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结的方法
技术领域
本发明涉及复合光催化剂制备技术领域，具体涉及一种水热合成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结的方法。
背景技术
TiO2作为一种无毒、稳定、价廉的光催化剂，而被广泛关注，但是其禁带宽度为3.2eV，光吸收区间只在紫外光区，光生电子-空穴的传导率低和复合率高，严重限制了其光催化效率。近十年来，常采用与TiO2能带结构不同的光催化剂与TiO2复合构建出具有异质结的复合光催化剂，来提高TiO2的光催化率，由于两种光催化剂的费米能级不同，在异质结处会发生电子-空穴的定向移动，而导致两者的费米能级逐渐趋向一致，在其界面处形成内部电场。在光催化过程中，在费米能级不同和内部电场的作用下，会促进光生电子-空穴的快速分离，从而降低光生电子-空穴的复合率，提高光催化效率。
其中，BixMoyOz作为一类可见光催化剂，该类化合物价带是由金属元素的d轨道与O元素的2p轨道杂化形成的，相对价带主要是由O元素2p轨道构成的二元氧化物，BixMoyOz的价带位置较高，产生空穴具有较高的势能，具有相对较强的还原能力，有利于提高光催化能力和效率。在ACS Catal.6(2016)，3180−3192一文中有记载提高BixMoyOz中缺陷浓度可以提高其光催化活性，如：可见光照射下，含有TiO2–Bi2MoO6/Bi3.64Mo0.36O6.55异质结的光催化活性高于TiO2/Bi2MoO6异质结的光催化活性。
发明内容
有鉴于此，很有必要提出一种水热合成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结的方法。
一种水热合成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结的方法，包括以下步骤：
制备Bi前驱体溶液：将Bi(NO3)3·5H2O加入蒸馏水，搅拌均匀，得到白色悬浊液;持续搅拌条件下，滴加碱性溶液至悬浊液的pH值范围为3～7，得到悬浊液A;
制备TiO2表面附着Bi的化合物：将TiO2纳米球添加至悬浊液A中，搅拌均匀，得到混合悬浊液C;
制备Na2MoO4溶液：将Na2MoO4·2H2O加入蒸馏水，搅拌至完全溶解，得到溶液B;
添加Mo源：将得到的溶液B滴加到混合悬浊液C中，并搅拌均匀;持续搅拌条件下，进一步滴加碱性溶液至混合悬浊液C中，调节pH值大于7，得到混合悬浊液D;
水热反应：将得到的混合悬浊液D转移至封闭容器中，进行水热反应，得到水热反应合成产物;
清洗、干燥合成产物：将水热反应合成产物洗涤、干燥后，得到目标三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结。
优选的，所述步骤制备TiO2表面附着Bi的化合物的步骤中，混合悬浊液C中各物质的加入量比例关系满足Bi(NO3)3·5H2O物质的量:TiO2物质的量之比为1～3:5。
优选的，所述添加Mo源的步骤中，混合悬浊液D中各物质的加入量比例关系满足Bi(NO3)3·5H2O物质的量:Na2MoO4·2H2O物质的量之为1～6:1。
优选的，所述水热反应步骤中，水热反应的温度为120～180℃，水热反应的时间为1.5～8小时。
本发明的技术效果为：采用水热法合成复合光催化剂三维Bi4MoO9/TiO2异质结，以Bi(NO3)3·5H2O和Na2MoO4·2H2O作为纳米带Bi4MoO9晶体的合成原料，以TiO2纳米球为诱导剂，在液相下混合，控制整个溶液不同阶段的pH值，在准TiO2纳米球上，诱导原位生长出Bi4MoO9纳米带，形成三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结。在原料添加过程中，先加入Bi(NO3)3·5H2O得到白色悬浊液，再将TiO2纳米球添加至悬浊液，使得TiO2表面沾附一层含Bi化合物，再加入Na2MoO4·2H2O溶液，经过水热反应，使得TiO2表面生成Bi4MoO9，并自组装形成带状结构，进一步洗涤、干燥，得到所述三维Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结。
Bi4MoO9/TiO2异质结经XRD、HR-TEM和EDS分析，产物中无Bi4MoO9、TiO2以外杂质相的出现，制备出Bi4MoO9/TiO2纳米结构异质结，具有优异的光催化性能，可见光照射45min能够完全降解10ppm的罗明丹B。
反应过程中以H2O为溶剂，TiO2纳米球为诱导剂，无其他有机试剂的引入，降低了原材料成本及后续清洗次数，避免了制备过程中有机污染物的排放与污水处理，同时生长出的复合纳米晶体形貌均一，光催化性能优越。
