球形团簇的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种暴露{010}晶面族的Bi2WO6球形团簇的制备方法。该球形团簇直径为2~4μm，由15~30nm厚的Bi2WO6纳米片组成。其制备方法过程包括：将摩尔比为2:1的Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O分别溶于硝酸和去离子水中，混合后调节溶液pH为中性，通过水热反应，最后得到暴露{010}晶面族的Bi2WO6球形团簇。本发明简单易行、反应在中性溶液中进行、无需添加有机添加剂，制备出的Bi2WO6球形团簇大量暴露{010}晶面族，有利于光催化过程中染料的附着以及可见光催化性能的提高。
【专利说明】暴露{010}晶面族的Bi2WOdf形团簇的制备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种暴露{010}晶面族的Bi2WO6球形团簇的制备方法，属于Bi2WO6的纳米-微米层级结构【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着社会的不断发展，人们面临着越来越多环境污染和能源短缺所带来的威胁。半导体光催化剂作为解决这类问题的绿色方法得到了研究者们的广泛关注。由于可见光在太阳光谱中约占43%，为了提高对太阳光的利用率，因此越来越多的可见光响应光催化剂脱颖而出。Bi2WOJt为最简单的奥里维里斯层状氧化物，具有较窄的禁带宽度(2.75 eV)，能被可见光激发，在可见光下具有较高的催化活性，而被广泛应用于环境净化及能源转换等领域。
[0003]光催化剂的催化性能在很大程度上取决于其晶粒大小、形貌以及结构。化2胃06独特的层状结构使其有利于载流子的迁移，从而抑制光生电子和空穴的分离；较小的晶体尺寸以及多孔表面能够使其具有大的比表面积，从而有利于暴露更多的活性位点和吸附位点。但是，纳米级的材料通常难以回收利用，限制了其循环使用。而由纳米单元组成的微米结构一方面能够保持纳米材料的优势，另一方面能够缓解其回收困难，方便使用。这种层级的Bi2WO6微米结构通常是由各向异性的纳米片组成，因此其光催化性能具有一定的晶面依赖性，控制晶面生长成为提高其催化性能的必要手段。
[0004]目前，研究者们多使用水热/溶剂热的方法制备层级Bi2WO6微米结构。在制备过程中常添加聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、硫脲、辛基酚聚氧乙烯醚、醋酸等作为表面活性剂或形貌控制剂，或者使用碳球作为模板来控制其形貌，而溶液反应的环境通常为酸性或碱性。使用以上方法虽然能够控制产物形貌，但是产物中残留的有机添加剂难以彻底去除，并一定程度影响了产物的性能。另外，在后期处理过程中产生的含有有机添加剂的酸性或碱性溶液具有腐蚀性，也会造成环境污染。
[0005]综上，在制备过程中不添加任何有机添加剂，并且使反应在中性环境下进行，控制晶面生长，制备出层级Bi2WO6微米结构，是避免生产过程中造成环境污染，提高其光催化性能的关键，也为其实际的生广应用打下了良好的基础。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于提供一种暴露{010}晶面族的Bi2WO6球形团簇的制备方法，该方法具有在中性溶液中进行，简单易行，无需添加有机添加剂的优点，所制得的Bi2WO6球形团簇具有优良的染料吸附性能和光催化性能。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的，一种暴露{010}晶面族的Bi2WO6球形团簇的制备方法，所述的暴露1010}晶面族的Bi2WO6球形团簇是由15?30nm厚的扮2胃06纳米片组成的直径为2?4μπι球形团簇。其特征在于包括以下过程: O在磁力搅拌下，将Bi (NO3)3.5H20溶于IM的HNO3中，配制成浓度为0.2M的硝酸溶液，然后，将Na2WO4.2H20溶于去离子水中，配制成浓度为0.05M的水溶液，超声5min，按Bi元素和W元素摩尔比为2:1将两种溶液进行混合,用2M的NaOH调节溶液pH为7,搅拌2?12h得到反应溶液；
2)将步骤I)所得的溶液在温度为16(T18(TC进行水热反应fllh，得到的产物用去离子水抽滤洗涤至洗涤液澄清，获得的沉淀物，经_50°C冷冻干燥，得到{010}晶面族择优取向的Bi2WO6球形团簇。
[0008]本发明具有以下优点:简单易行、反应在中性溶液中进行、无需添加有机添加剂，在制备过程中可以通过改变水热反应的温度和时间来调节组成Bi2WO6球形团簇的纳米片的厚度，制备出的Bi2WO6球形团簇大量暴露{010}晶面族，结合Bi2WO6的晶体结构，该晶面族能够提供更多的吸附位点和活性位点，有利于光催化过程中染料的附着以及可见光催化性能的提闻。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为实施例1制得的暴露{010}晶面族的Bi2WO6微米团簇的XRD谱图。
[0010]图2为实施例1制得的暴露{010}晶面族的Bi2WO6微米团簇的SEM照片。
[0011]图3为实施例1制得的暴露{010}晶面族的Bi2WO6微米团簇的TEM照片。
[0012]图中0.273nm的晶面间距对应(200)晶面，0.272nm的晶面间距对应(002)晶面，因此可以确定暴露晶面为与(200)晶面和(002)晶面都垂直的{010}晶面族的晶面。
[0013]图4为实施例1制得的暴露{010}晶面族的Bi2WO6微米团簇降解罗丹明B暗反应过程中溶液罗丹明B浓度随暗反应时间的变化曲线图。
[0014]图中Bi2WO6微米团簇在罗丹明B溶液中5min以内就能达到吸附-脱附平衡，平衡点所对应的吸附量高达60%，表现出优异的染料吸附性能。
[0015]图5为实施例1制得的暴露{010}晶面族的Bi2WO6微米团簇在波长> 420nm可见光下降解罗丹明B时溶液中罗丹明B浓度随反应时间变化曲线图。
[0016]图中Bi2WO6微米团簇在光照45min后能将溶液中的罗丹明B完全降解，表现出优异的可见光催化性能。
[0017]【具体实施方式】:
下面结合实施例进一步说明本发明，该实施例只用于说明本发明，并不限制本发明。
[0018]实施例1
将 0.97g Bi(NO3)3.5H20 溶于 1mL IM 的 HNO3 中，磁力搅拌 60min，然后，将 0.33gNa2WO4.2Η20溶于1mL去离子水中，超声5min，逐滴将Na2WOjK溶液全部加入上述Bi (NO3)3的HNO3溶液中，用2M的NaOH调节混合溶液pH为7，最后，用去离子水将溶液的总体积补至40mL，搅拌10h，之后放入反应釜中，在160°C的烘箱中水热llh，并使用10mL去离子水抽滤5次，直至所得沉淀清洗干净，经-50°C冷冻干燥，获得暴露{010}晶面族的Bi2WO6球形团簇。该团簇直径为2?4μπι，由18nm左右厚的纳米片堆叠而成。
[0019]上述制得的暴露{010}晶面族的Bi2WO6球形团簇进行了可见光降解罗丹明B的性能测试，其中暗反应过程用以表征Bi2WO6球形团簇的染料吸附性能，光照过程用以表征其光催化性能。在测试过程中，使用功率为300W的氙灯，光源与反应液面的距离为15cm，并用420nm的滤光片滤掉波长小于420nm的紫外光，反应在200mL浓度为10_5M的罗丹明B溶液中进行，所用Bi2WO6质量为0.05g,先将悬浊液超声5min，之后在磁力搅拌下进行反应，按照一定时间间隔，取5mL反应溶液，离心后取上清液，用紫外-可见分光光度计测定罗丹明B分子对应光谱强度，并通过标准曲线转换为罗丹明B浓度-反应时间曲线。
[0020]实施例2
本实施例步骤与过程与实施例1相同，不同的是将水热反应的时间由Ilh改为7h。制得的Bi2WO6球形团簇直径为2?4 μ m，该球形团簇由平均厚度为23nm的纳米片堆叠而成。
[0021]实施例3
本实施例步骤与过程与实施例1相同，不同的是将水热反应的温度由160°C改为180°C，时间由Ilh改为7h。制得的Bi2WO6球形团簇直径为2?4μπι，该球形团簇由平均厚度为16nm的纳米片堆叠而成。
[0022]实施例4
本实施例步骤与过程与实施例1相同，不同的是将混合溶液的搅拌时间由1h改变为2h。制得的Bi2WO6球形团簇直径为2?4 μ m,该球形团簇由平均厚度为20nm的纳米片堆叠--? 。
【权利要求】
1.一种暴露{010}晶面族的Bi2WO6球形团簇的制备方法，其特征在于包括以下过程:O在磁力搅拌下，将Bi (NO3)3.5H20溶于IM的HNO3中，配制成浓度为0.2M的硝酸溶液，然后，将Na2WO4.2H20溶于去离子水中，配制成浓度为0.05M的水溶液，超声5min，按Bi元素和W元素摩尔比为2:1将两种溶液进行混合,用2M的NaOH调节溶液pH为7,搅拌2?12h得到反应溶液； 2)将步骤I)所得的溶液在温度为16(T18(TC进行水热反应fllh，得到的产物用去离子水抽滤洗涤至洗涤液澄清，获得的沉淀物，经_50°C冷冻干燥，得到{010}晶面族择优取向的Bi2WO6球形团簇。
【文档编号】B01J13/02GK104226212SQ201410514696
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】李家俊, 王佳薇, 刘恩佐, 赵乃勤, 师春生, 何春年 申请人:天津大学