一种快速制备棒状AgVO3纳米光催化剂的方法与流程

本发明涉及半导体纳米材料制备和应用，属无机材料制备领域，具体涉及一种快速制备棒状AgVO₃纳米光催化剂的方法。

背景技术：

近年来，光催化技术越来越多的被应用于环境净化领域，而光催化技术的核心之一在于高效光催化剂的开发与研究。与传统的块状光催化材料相比，一维光催化材料其比表面积大、粒径小，可增大降解物与催化剂之间的接触面积，从而可有效地提高其光催化性能，具有很好的应用前景。

在钒酸银系列化合物中，AgVO₃不仅容易制备，而且Ag：V比例较高，因而具有潜在的应用前景。另外，AgVO₃材料禁带宽度较小(＜2.5eV)，具有良好的可见光催化活性。

目前，国内外的报道主要由高温固相法、水热法、沉淀法、溶胶凝胶等方法制备。中国发明公告专利第201310513740.0号公开了一种方块状偏钒酸银光催化剂的制备方法，该方法采用常温常压化学沉淀法合成AgVO₃，但耗时较长。中国发明专利第200610013866.1号公开了一种一维偏钒酸银纳米线/微米棒电极材料，采用一步水热技术制备，但该方法得到的偏钒酸银其晶化程度不高，稳定性较差。中国发明专利第201110355535.7号公开了一种钒酸银用于锂电池正极材料的制备方法，但所需温度较高。Control over the crystal phase，crystallinity，morphology of AgVO₃ via protein inducing process.Tao Chen等人采用仿生工艺，引入蛋白质来制得结晶性良好的AgVO₃，但对原料及制备过程要求条件比较苛刻。目前对于采用微波水热法合成AgVO₃的报道尚少。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足，提出一种快速制备棒状AgVO₃纳米光催化剂的方法，该方法操作简单，反应条件温和，成本低。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种快速制备棒状AgVO₃纳米光催化剂的方法，包括以下步骤：

(1)将葡萄糖加入到五氧化二钒水溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液A；

(2)将硝酸银溶液滴加到混合溶液A中，搅拌下反应1～2h，得到混合溶液B；

(3)调节混合溶液B的pH值至3～13后在温度为80～120℃、功率为200～500W下进行微波水热反应0.5～2h后，将反应液过滤得到沉淀，沉淀经洗涤、干燥，得到棒状AgVO₃纳米光催化剂。

本发明进一步的改进在于，步骤(1)中搅拌是在40～100℃下进行的，搅拌时间为1～2h。

本发明进一步的改进在于，步骤(1)所述的五氧化二钒水溶液的浓度为0.1～0.3mol/L，葡萄糖和五氧化二钒水溶液的用量比为(0.01～0.05)g：(20～60)mL。

本发明进一步的改进在于，步骤(2)所述的硝酸银的浓度为0.1～0.4mol/L，硝酸银溶液和五氧化二钒水溶液的用量比为(20～60)mL：(10～60)mL。

本发明进一步的改进在于，步骤(3)所述是采用0.1～0.3mol/L的氨水调节混合溶液B的pH值。

本发明进一步的改进在于，步骤(3)中调节混合溶液B的pH值至3～12后搅拌1～4h，再进行微波水热反应。

本发明进一步的改进在于，步骤(3)所述的微波水热反应是在微波反应釜中进行。

本发明进一步的改进在于，步骤(3)所述的洗涤是将沉淀分别用蒸馏水和乙醇洗涤。

本发明进一步的改进在于，步骤(3)所述的干燥是在40～80℃下进行。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所采用的沉淀辅助微波水热方法以V₂O₅作为钒源，硝酸银溶液滴加到混合溶液A中搅拌下进行反应，生成沉淀状前驱体，以AgNO₃作为银源，葡萄糖作为表面活性剂，调节溶液的pH值，再在80～120℃下进行微波水热反应，制得光催化性能良好的偏钒酸银。

(2)本发明用微波水热法合成的AgVO₃其性质稳定，产物尺寸均匀，操作简单，条件温和。

(3)由于葡萄糖来源于丰富而廉价的淀粉，且结构中存在多个羟基，所以葡萄糖可能会具有很好的亲水性，继而增强五氧化二钒在溶液中的溶解度，成为新一代的绿色表面活性剂，色泽浅，无气味，生产成本也因此大大降低。

(4)通过XRD衍射图谱测试表明本发明制备的AgVO₃为纯相，并且所制备棒状偏钒酸银的直径为40～100nm，长度为1～3μm；将0.05g该粉体投入50mL罗丹明B溶液(罗丹明B浓度10mg/L)中，在可见光照射条件下，反应200min后罗丹明B的降解率可达65％以上，光催化性能良好。

附图说明

图1为本发明在实施例3条件下制备的偏钒酸银光催化材料的X射线衍射图谱。

图2为本发明在实施例3条件下制备的偏钒酸银光催化材料的扫描电子显微镜图，其中，图(a)是未添加葡萄糖所制备催化剂的扫描图，图(b)为葡萄糖作为表面活性剂所制备催化剂的扫描图。

图3为本发明在实施例3条件下制备的偏钒酸银光催化材料在可见光照射下对罗丹明B的降解曲线。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

(1)将0.01g葡萄糖加入到20mL 0.1mol/L的五氧化二钒(V₂O₅)水溶液中，90℃下磁力搅拌2h，冷却到室温，得到混合溶液A。

(2)将60mL 0.3mol/L的硝酸银(AgNO₃)溶液滴加到混合溶液A中，磁力搅拌2h，得到混合溶液B。

(3)采用0.1mol/L的氨水调节混合溶液B的pH值至12后磁力搅拌4h，在80℃、功率为200W下微波水热反应120min，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀，所得到的沉淀物过滤后分别用蒸馏水和乙醇离心洗涤，并在70℃的烘箱中干燥，得到棒状AgVO₃纳米光催化剂。

实施例2

(1)将0.01g葡萄糖加入到20mL 0.1mol/L的五氧化二钒(V₂O₅)水溶液中，80℃下磁力搅拌2h，冷却到室温，得到混合溶液A。

(2)将60mL 0.3mol/L的硝酸银(AgNO₃)溶液滴加到混合溶液A中，磁力搅拌2h，得到混合溶液B。

(3)采用0.2mol/L的氨水调节混合溶液B的pH值至9后磁力搅拌4h，在95℃、功率为300W下微波水热反应90min，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀，所得到的沉淀物过滤后分别用蒸馏水和乙醇离心洗涤，并在70℃的烘箱中干燥，得到棒状AgVO₃纳米光催化剂。

实施例3

(1)将0.01g葡萄糖加入到20mL 0.1mol/L的五氧化二钒(V₂O₅)水溶液中，70℃下磁力搅拌2h，冷却到室温，得到混合溶液A。

(2)将60mL 0.3mol/L的硝酸银(AgNO₃)溶液滴加到混合溶液A中，磁力搅拌2h，得到混合溶液B。

(3)采用0.3mol/L的氨水调节混合溶液B的pH值至6后磁力搅拌4h，在105℃、功率为400W下微波水热反应60min，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀，所得到的沉淀物过滤后分别用蒸馏水和乙醇离心洗涤，并在70℃的烘箱中干燥，得到棒状AgVO₃纳米光催化剂。

参见图1，通过XRD衍射图谱，可以清晰的看到本发明制备的AgVO₃为纯相；

参见图2，从图2(a)和图2(b)的扫描电镜照片可以看出，所制备棒状偏钒酸银的直径为40～100nm，长度为1～3μm；单斜晶相，该粒子的组成表达式为AgVO₃。

参见图3，从图3可以看出，将0.05g该粉体投入50mL罗丹明B溶液(罗丹明B浓度10mg/L)中，在可见光照射条件下，反应200min后罗丹明B的降解率可达65％以上。

实施例4

(1)将0.01g葡萄糖加入到20mL 0.1mol/L的五氧化二钒(V₂O₅)水溶液中，60℃下磁力搅拌2h，冷却到室温，得到混合溶液A。

(2)将60mL 0.3mol/L的硝酸银(AgNO₃)溶液滴加到混合溶液A中，磁力搅拌2h，得到混合溶液B。

(3)采用0.1mol/L的氨水调节混合溶液B的pH值至3后磁力搅拌4h，在120℃、功率为500W下微波水热反应30min，反应结束后，将反应液过滤得到沉淀，所得到的沉淀物过滤后分别用蒸馏水和乙醇离心洗涤，并在70℃的烘箱中干燥，得到棒状AgVO₃纳米光催化剂。

实施例5

(1)将葡萄糖加入到五氧化二钒水溶液中，在40℃下搅拌2h，得到混合溶液A；其中，五氧化二钒水溶液的浓度为0.2mol/L，葡萄糖和五氧化二钒水溶液的用量比为0.03g：40mL。

(2)将硝酸银溶液滴加到混合溶液A中，搅拌下反应1h，得到混合溶液B；其中，硝酸银的浓度为0.1mol/L，硝酸银溶液和五氧化二钒水溶液的用量比为60mL：40mL。

(3)采用0.1mol/L的氨水调节混合溶液B的pH值至7后搅拌1h，然后在温度为90℃，功率为250W下在微波反应釜中进行微波水热反应100min后，将反应液过滤得到沉淀，沉淀经去离子水洗涤、在40℃下干燥，得到棒状AgVO₃纳米光催化剂。

实施例6

(1)将葡萄糖加入到五氧化二钒水溶液中，在100℃下搅拌1h，得到混合溶液A；其中，五氧化二钒水溶液的浓度为0.3mol/L，葡萄糖和五氧化二钒水溶液的用量比为0.05g：60mL。

(2)将硝酸银溶液滴加到混合溶液A中，搅拌下反应1.5h，得到混合溶液B；其中，硝酸银的浓度为0.4mol/L，硝酸银溶液和五氧化二钒水溶液的用量比为20mL：60mL。

(3)采用0.2mol/L的氨水调节混合溶液B的pH值至10后搅拌1h，然后在温度为100℃，功率为350W下在微波反应釜中进行微波水热反应70min后，将反应液过滤得到沉淀，沉淀经去离子水洗涤、在80℃下干燥，得到棒状AgVO₃纳米光催化剂。

本发明得到的偏钒酸银粉末为单晶结构，化学组成均一，纯度较高，具有较大的比表面积，提高了材料的光催化性能。