铋酸银纳米线及其制备方法与流程

本发明属于半导体光催化材料和纳米导电材料技术领域，具体涉及一种铋酸银纳米线及其制备方法。

背景技术：

能源危机和环境污染成为世界各国亟待解决的问题，半导体光催化技术的发展为解决这两大世界性难题开辟了一条新的路径。铋酸银是一种新型的光催化材料，对其材料制备与性能研究逐渐成为了光催化领域的热点。同时，铋酸银还是一种半导体材料，其光学带隙为3.2ev，对应的光吸收阈值波长约为388nm。目前对于铋酸银材料的研究主要集中在微米颗粒、微米短棒以及纳米短棒的制备和表征上。随着研究的不断深入，各种新颖的一维纳米材料如纳米管、纳米棒、纳米线和纳米片等相继被发明，这些特定纳米形貌的奇特性质在光催化领域受到广泛关注，由于一维纳米材料已经在光学、电磁学、纳米电子学、生物医药等领域显示出了美好的应用前景。因此，研究新型结构一维纳米材料的制备方法及其性质具有重要的意义。

目前对于铋酸银材料的研究主要集中在微米颗粒、微米短棒以及纳米短棒的制备和表征上。而现有的制备方法中，合成的样品多为形貌无规则的微米晶或者短纳米棒，由于微米晶材料的比表面积比纳米材料小，导致光催化活性位点相对较少，而短纳米纳米棒由于横向和纵向尺寸都比较小，容易产生光催化剂回收困难，光催化效率低等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种种铋酸银纳米线及其制备方法，可有效解决现有制备方法制备得到的样品形状不规则、光催化剂回收困难且光催化效率低的问题。

一种铋酸银纳米线的制备方法，包括以下步骤：

(1)在搅拌过程中将硝酸银溶液滴加至铋酸钠溶液中，然后调节混合溶液ph值为3～3.5；其中，铋酸钠与硝酸银的摩尔比为0.02～1；

(2)将步骤(1)所得产物置于反应釜内，于120～180℃进行水热合成反应，反应10～12h，冷却至室温，过滤，收集沉积物；

(3)用去离子水超声清洗沉积物10～15min，然后于15000～16000r/min离心5～8min，收集沉淀物，以沉淀物为底物，重复上述清洗离心操作1～2次，再用无水乙醇清洗，并于15000～16000r/min离心5～8min，除去上清液，于60～70℃真空干燥2～3h，得铋酸银纳米线。

进一步地，步骤(1)中铋酸钠溶液浓度为0.001～0.02mol/l。

进一步地，步骤(1)中硝酸银溶液浓度为0.02～0.03mol/l。

进一步地，步骤(1)中铋酸钠与硝酸银的摩尔比为1:2。

进一步地，步骤(1)中滴加时间为15～20min。

进一步地，步骤(1)中ph值为3，调节ph值所用酸液为稀硝酸。

进一步地，步骤(2)中水热合成反应温度为150℃，反应12h。

进一步地，步骤(2)中反应釜内衬材质为聚四氟乙烯。

上述制备方法制备得到的铋酸银纳米线。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过浓度为0.001～0.02mol/l的铋酸钠和浓度为0.02～0.03mol/l的硝酸银溶液以摩尔比为1:2的比例混合，于150℃、ph值为3的条件下进行水热反应，通过调节水热反应温度、ph值、铋酸钠和硝酸银溶液的浓度及摩尔比，制备得到了径为纳米量级，长径比超过100，纳米线形貌完美，形状规则，且无明显缺陷和块状固体聚集的铋酸银纳米线。

2、本发明通过调节前驱液，即铋酸钠和硝酸银混合溶液ph值为3～3.5，来制备铋酸银纳米线，制备得到的铋酸银纳米线在紫外光照射下，光催化10mg/l的亚甲基蓝溶液，40分钟时光催化降解亚甲基蓝溶液的降解效率达到95％以上；而由没有调整过ph值的前驱液制备得到的铋酸银微米晶体，在相同条件下对于亚甲基蓝溶液的光催化降解效率在40分钟时仅为60％左右；由此可见，本专利所制备的铋酸银纳米线的比表面积大、催化效率高，比铋酸银微米晶体的光催化效率提高了58.3％。

3、本发明采用简单的水热合成法合成新型铋酸银纳米线具有生产工艺简单，生产成本低和纳米线形貌优良等优点，在有机染料等环境有机污染物的光催化降解中有重要的实际应用意义和应用价值。

附图说明

图1是实施例1得到的铋酸银纳米线的扫描电子显微(sem)图；

图2是实施例1得到的铋酸银纳米线的x射线衍射(xrd)图；

图3是实施例1得到的铋酸银纳米线的固体紫外可见吸收光谱图；

图4是实施例1得到的铋酸银纳米线在紫外光照射下的催化性能图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

一种铋酸银纳米线的制备方法，包括以下步骤：

(1)边搅拌过程边将50ml浓度为0.02m的硝酸银溶液逐滴滴加至50ml浓度为0.005m的铋酸钠溶液中，滴加时间为18min，然后用质量百分比浓度为2％的稀硝酸调节混合溶液ph值至3；

(2)将步骤(1)所得产物加入反应釜中，拧紧反应釜，反应釜外壳材质为铬镍合金(304ⅱ)，内衬材质为聚四氟乙烯；再将反应釜置于电热鼓风干燥箱中，于150℃的条件下，进行水热合成反应，反应12h，然后冷却至室温，再过滤，收集反应釜内的沉积物；

(3)用去离子水超声清洗沉积物5min，然后于15000r/min的离心机中离心5min，收集沉淀物，以沉淀物为底物，重复上述超声离心操作2次，再用无水乙醇清洗，并于15000r/min的离心机中离心5min，除去上清液，然后在60℃的真空干燥箱中干燥2h，得铋酸银纳米线。

实施例2

一种铋酸银纳米线的制备方法，包括以下步骤：

(1)边搅拌边将50ml浓度为0.02m的硝酸银溶液逐滴滴加至50ml浓度为0.01m的铋酸钠溶液中，滴加时间为15min，然后用质量百分比浓度为2％的稀硝酸调节混合溶液ph值至3.5；

(2)将步骤(1)所得产物加入反应釜中，拧紧反应釜，反应釜外壳材质为铬镍合金(304ⅱ)，内衬材质为聚四氟乙烯；再将反应釜置于电热鼓风干燥箱中，于120℃的条件下，进行水热合成反应，反应10h，然后冷却至室温，再过滤，收集反应釜内的沉积物；

(3)用去离子水超声清洗沉积物5min，然后于16000r/min的离心机中离心5min，收集沉淀物，以沉淀物为底物，重复上述超声离心操作2次，再用无水乙醇清洗，并于16000r/min的离心机中离心5min，除去上清液，然后在70℃的真空干燥箱中干燥3h，得铋酸银纳米线。

实施例3

一种铋酸银纳米线的制备方法，包括以下步骤：

(1)边搅拌边将50ml浓度为0.03m的硝酸银溶液逐滴滴加至50ml浓度为0.02m的铋酸钠溶液中，滴加时间为20min，然后用质量百分比浓度为2％的稀硝酸调节混合溶液ph值至3；

(2)将步骤(1)所得产物加入反应釜中，拧紧反应釜，反应釜外壳材质为铬镍合金(304ⅱ)，内衬材质为聚四氟乙烯；再将反应釜置于电热鼓风干燥箱中，于180℃的条件下，进行水热合成反应，反应12h，然后冷却至室温，再过滤，收集反应釜内的沉积物；

(3)用去离子水超声清洗沉积物5min，然后于15000r/min的离心机中离心5min，收集沉淀物，以沉淀物为底物，重复上述超声离心操作2次，再用无水乙醇清洗，并于15000r/min的离心机中离心5min，除去上清液，然后在60℃的真空干燥箱中干燥2h，得铋酸银纳米线。

对本发明实施例1所得产品进行检测，其结果如图1～4所示，其中：

图1是铋酸银纳米线的扫描电子显微(sem)照片；可以看出合成的纳米线表面光滑，纳米线形貌完美，没有其他固体块状聚集，纳米线直径尺寸主要在100nm-300nm，长径比达到100以上，制备的纳米线在纵向具有微米尺寸，在横向具有纳米尺寸，回收具有明显的优势，同时具备纳米材料的独特性能。

图2是纳米线的x射线衍射(xrd)图谱；根据jcps的标准x射线衍射数据卡片的比对，可以看出，在最佳条件下制备的样品主要由α-agbio3组成，对应的卡片编号为pdf#34-0061，在2θ＝27°处的峰则属于β-agbio3晶面的衍射峰，从衍射数据可以看出，衍射峰都十分尖锐明显，表明合成的铋酸银纳米线长程有序，结晶度高。

图3是铋酸银纳米线的固体紫外可见吸收光谱图谱；从吸收光谱中可以看出，铋酸银在紫外光区有较强的光吸收，由吸收光谱计算的铋酸银纳米线的光学带隙为3.23ev，对应的吸光阈值波长为388nm。

图4是铋酸银纳米线在紫外光照射下的催化性能图谱，从图中可以看出，实施例1制备的铋酸银纳米线在紫外光照射下，光催化10mg/l的亚甲基蓝溶液，40分钟时光催化降解亚甲基蓝溶液的降解效率达到95％以上，而由没有调整过ph值的前驱液制备得到的铋酸银微米晶体，在相同条件下对于亚甲基蓝溶液的光催化降解效率在40分钟时仅为60％左右，由此可见，本专利所制备的铋酸银纳米线的比表面积大、催化效率高，比铋酸银微米晶体的光催化效率提高了58.3％。