异质结纤维光催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体光催化剂领域，特别涉及一种Ta3N5/Bi 2M〇06异质结纤维光催化 剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能作为一种源源不断的绿色能源，被认为是最有潜力的可再生能源。为了充 分利用太阳能，开发长波长响应（可见光响应）、稳定高效的光催化材料是光催化技术走向 应用的关键，引起了全世界科学家的高度关注。近些年，科研工作者报道了大量的可见光催 化剂。然而，由于光催化剂的光生电子和空穴对的快速复合导致量子产率低，严重制约了其 光催化活性。
[0003] 目前，为克服这个问题，开发异质结光催化剂成为了一种有效的解决途径。合理构 建半导体异质结催化剂可以克服单一组分半导体自身缺陷、增大材料的比表面积、增加活 性位点、扩宽它们的光响应范围、提高催化剂的催化性能及光稳定性。通过调控异质结的组 分可明显拓展可见光的响应范围或者提高光生载流子分离和传输效率，进而能有效提高异 质结的光催化性能。因此，合理构建异质结光催化剂已成为光催化领域的研宄热点。
[0004] 研宄发现将两种导带和价带位置不同的半导体材料组成异质结，可以拓宽催化剂 的光响应范围、促进光生电子和空穴的分离，明显提高光催化效率。目前研宄的两种半导体 组成的异质结主要是p-n结，例如，CaFe 2O4ZPbBi2Nt^9Wa从异质结光催化剂在可见光激发 下降解有毒污染物乙醛的效率是PbBi 2Nbh9WaiOiJ^ 3. 7倍。
[0005] Bi2MoCUt为一种优良的可见光催化剂，得到了广泛关注。
[0006] 近些年，Ta3N5因其带隙较窄（2. IeV)，可以利用波长长达600nm的可见光，引起了 广大科研工作者的兴趣。目前，科研工作者已经开发出纳米尺寸的Ta3N5 (纳米颗粒、花状超 分子结构、空心球等）和固定膜Ta3N5光催化剂。然而，由于Ta3N 5光催化剂的光生电子和空 穴对的快速复合导致量子产率低，严制约了其光催化活性。因此，合理构建Ta3N 5异质结光 催化剂成为提高其光催化效率的重要手段。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种了/^1 2]?〇06异质结纤维光催 化剂的制备方法。
[0008] 本发明的另一目的在于提供一种上述方法制备得到的Ta3N5/Bi 2Mo06异质结纤维 光催化剂。
[0009] 为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
[0010] 一种Ta3N5/Bi2Mo0 6异质结纤维光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0011] 步骤一，制备Ta3N5纳米纤维；
[0012] 步骤二，将钼酸盐加入到第一有机溶剂中，混合溶解后得到钼酸盐溶液；
[0013] 步骤三，将铋盐加入到第二有机溶剂中，混合溶解后得到铋盐溶液；
[0014] 步骤四，将所述钼酸盐溶液、所述铋盐溶液、第三有机溶剂以及所述Ta3N 5纳米纤 维混合形成反应前混合液，之后将所述反应前混合液放入反应釜中进行溶剂热反应，反应 后得到的产物依次经离心、乙醇、水洗后烘干，最终得到Ta 3N5/Bi2M〇06异质结纤维光催化 剂。
[0015] 在上述制备方法中，所述Ta3N5纳米纤维的制备可以采用本领域常规方法进行 制备，作为一种优选实施方式，所述Ta 3N5纳米纤维的直径为150~300nm，长度为80~ 150 μπι，是通过如下方法制备得到的：将可溶性钽盐加入到PVP、无水乙醇、N, N-二甲基甲 酰胺和乙酸形成的混合溶液中，搅拌2-12h (比如3h、5h、8h、10h、Ilh)，得到纺丝液；之后将 所述纺丝液进行静电纺丝，得到复合纤维；然后再将所述复合纤维置于450~800°C (比 如 460°C、500°C、550°C、580°C、600°C、650°C、700°C、740°C、760°C、790°C )条件下煅烧得 到Ta2O5纤维；最后将所述Ta 205纤维在氨气氛围中进行氮化处理，得到Ta 3N5纳米纤维；优 选地，所述PVP(聚乙烯吡咯烷酮）的分子量为1300000, PVP在所述纺丝液中的重量百分 比为5~IOwt % (比如5. 5wt %、6. 5wt %、8wt %、9wt % );优选地，所述可溶性钽盐为丁 醇钽、乙醇钽、五氯化钽、异丙醇钽或硫酸钽；所述可溶性钽盐在所述纺丝液中的重量百分 比为l〇 -15wt% (比如11?1:%、12￥1:%、13￥1:%、14.5￥1:%)。优选地，所述无水乙醇、乙酸 和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为3~5:1:1 ;优选地，所述氮化处理的时间为8~15h (比 如9h、12h、13h、14h、14. 5h)，所述氮化处理时的氨气流量为0. 03~0. 8L · mirT1 (比如 0· 05L ?mirf1、。· 2L ?mirf1、。· 3L ?mirf1、。· 5L ?mirf1、。· 6L ?mirf1、。· 7L ?mirf1、。· 75L ?mirf1)； 所述氮化处理的温度为 750 ~1000°C (比如 800°C、850°C、900°C、920°C、960°C、990°C ); 优选地，所述煅烧的时间为6~12h ;优选地，所述静电纺丝时的纺丝条件如下：工作电 压为8~25kV(9kV、12kV、16kV、18kV、24kV)，工作距离（即喷头尖端与接收器的距离） 为 10 ~25cm (12cm、16cm、18cm、2 lcm、24cm);纺丝液的推进速度为 0· 1 ~ImL · h 1 (比 如 0· 12mL · h ^0. 2mL · h ^0. 3mL · h ^0. 5mL · h ^0. 6mL · h ^0. 7mL · h ^0. 8mL · h \ 0· 9mL · IT1)，注射器针头内径为0· 6~I. 2謹。
[0016] 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述钼酸盐为钼酸氨或钼酸钠；所述 第一有机溶剂为乙二醇。
[0017] 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述钼酸盐在所述反应前混合液中 的摩尔浓度为 2 ~12mmol · L-1(比如：2. 5mmol · Tr1^niniol · 1广、7_〇1 · ΤΓ^ΗπιπιοΙ · I71、 Qmniol · L \ IOmmol · L 11mmol · L \ 11. 5mmo 1 · L 〇 〇
[0018] 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述铋盐为硝酸铋，所述第二有机溶 剂为乙二醇。
[0019] 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤三中，所述铋盐在所述反 应前混合液中的摩尔浓度为4~24mmol · L 1 (比如：5mmol · L \8mmol · L \ 14mmol · L \ 1 Bmmol · L \ 18mmol · L \20mmol · L \22mmol · L \23mmol · L 〇 〇
[0020] 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤二和三中，所述混合为超 声混合。
[0021] 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤四中，所述钼酸盐、所述 铋盐以及所述Ta 3N5纳米纤维的摩尔比为I :2 :0. 1~6(比如：1:2:0. 2、1:2:0. 4、1:2:1、 1:2:1. 5、1:2:2. 5、1:2:3、1:2:4、1:2:5、1:2:5. 5);更优选地，所述第三有机溶剂的用量 与所述第一种有机溶剂和第二有机溶剂用量之和的体积比为0. 14~7 :1 (比如：0. 2:1、 0· 5:1、0· 9:1、1· 5:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1)〇
[0022] 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤四中，所述第三有机溶剂 为乙醇或甲醇。
[0023] 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述溶剂热反应的反应条件为：反应 温度为 130 ~160°C (比如 135°C、140°C、045°C、150°C、155°C )，反应时间为 5 ~48h (比如 6h、IOh、15h、20h、25h、30h、35h、40h、45h)