异质结纤维光催化剂及其制备方法_2

文档序号:8493948阅读:来源:国知局

[0024] 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,首先将所述钼酸盐 溶液和所述铋盐溶液混合搅拌均匀,之后加入第三有机溶剂混合,再加入所述Ta 3N5纳米纤 维进行搅拌混合。
[0025] -种采用上述方法制备的Ta3N5/Bi2M 〇06异质结纤维光催化剂,所述Ta 3N5/Bi2M〇06 具有壳核纳米纤维结构,Bi2M〇06m米片或纳米颗粒均匀生长于Ta 3N5纳米纤维表面,其中 作为核的所述Ta3N5纳米纤维的直径为150~300nm,长度达80~150 μ m ;作为壳的所述 Bi2M〇06m米片的厚度为5~15nm,长度为50~IOOnm ;作为壳的所述Bi 2M〇06纳米颗粒的 粒度为50~80nm〇
[0026] 本发明根据固体能带理论,Bi2MoO6S窄带隙半导体,带隙为2. 66eV,易被可见光 激发。由于Ta3N5的价带电势低于Bi 2M〇06的价带电势,同时,Ta 3N5导带的电势要比Bi 2M〇06 的高,因此,在可见光(XMOOnm)的照射下,Ta3N5和Bi2MoO 6被激发,形成光生电子(e〇和 空穴OO。其中Bi2MoO6的价带中的光生空穴(h +)会跃迀到Ta3N5的价带中,同时Ta 3N5导 带中的光生电子会向Bi2MoO6的导带转移,促进光生电子(e_)和空穴(h +)的分离。因此, 本发明采用静电纺丝法、结合溶剂热法制备了 Ta3N5/Bi2Mo06异质结纤维光催化剂。其中, Ta3N5纤维表面均匀且紧密的生长了一层Bi 2M〇06纳米片(厚度为IOnm左右;大小在50~ IOOnm)或纳米颗粒(粒度为50~80nm),形成了 Ta3N5/Bi2Mo06壳核纳米纤维结构。
[0027] 与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:1)本发明的制备方法简单,实验条 件易控制,原料、器材相对廉价,适合规模化生产。2)用本发明的方法制备得到的Ta 3N5/ 8;[2]/[006异质结纤维光催化剂,Bi 2M006纳米片或纳米颗粒与Ta3N5纳米纤维接触充分、复合 均勾、形成良好的异质结,Bi 2Mo06m米小片或纳米颗粒紧密包裹Ta 3N5纳米纤维,对可见光 具有较强的吸收光谱,具有高且稳定的光催化活性。3)本发明制备的Ta 3N5/Bi2M006异质结 纤维光催化剂有效抑制的光生电子和空穴的复合,不仅具有高的可见光光催化活性,同时 具有易回收的特性,是一种优良的光催化材料,在环境和能源等领域具有重要应用价值。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明中制备的Ta3N5/Bi2M 〇06异质结纤维光催化剂的扫描电镜(SEM)图 片。
[0029] 图2是本发明中制备的Ta3N5/Bi2Mo0 6异质结纤维透射电镜图。
[0030] 图3是Ta3N5、Bi2MoO f^P Ta AziBi2MoOf^质结纤维光催化剂的X射线衍射(XRD) 图谱。
[0031] 图4是本发明中制备的Ta3N5/Bi2M 〇06异质结纤维光催化剂(实施例1)的氮气吸 附脱附等温曲线和对应的孔径分布图。
[0032] 图5是本发明中制备的Ta3N5/Bi2M 〇06异质结纤维光催化剂(实施例1)的紫外-可 见光漫反射光谱图。
[0033] 图6是在可见光照射下,不同的催化剂(以Ta3N5和Bi,0 6混合样品、Ta3N5纤维、 实施例1制备的Ta3N5ZiBi 2MoOf^催化剂)对罗丹明B(Rh. B)的光催化降解曲线。
[0034] 图7是本发明中实施例1制备的Ta3N5/Bi2M 〇06异质结纤维光催化剂(300mg)在可 见光照射下对4-氯苯酚(4-CP)的矿化率曲线图(即4-氯苯酚溶液的总有机碳含量(TOC) 随时间变化图)。
[0035] 图8是本发明中实施例1制备的Ta3N5/Bi2M 〇06异质结纤维光催化剂(15mg)在可 见光照射下对罗丹明(Rh.B,4.97mg L^SOmL))的循环光催化降解曲线图。
[0036] 图9是本发明实施例5制备的Ta3N5纳米纤维的扫描电镜(SEM)图片。
[0037] 图10是本发明实施例6制备的Ta3N5纳米纤维的扫描电镜(SEM)图片。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0039] 实施例1
[0040] (1)将无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和乙酸(体积比3:1:1)混合,然后依次加入 PVP(分子量为1300000)和乙醇钽,再混合搅拌10h,得到纺丝液,其中,PVP在纺丝液中的 质量百分比为8wt%,乙醇钽在纺丝液中的质量百分比为IOwt%。将上述纺丝液进行纺丝, 注射器针头内径为1_,喷头尖端与接收器的距离为15cm,施加 1. 2万伏特的直流电压,注 射器的推进速度为0. 6mL · 1Γ1,得到复合纤维。将收集的复合高分子纤维置于马弗炉中在 600°C下煅烧8h,得到Ta2O5纳米纤维。之后再将Ta 205纳米纤维置于管式炉内在800°C下 进行高温氮化12h,反应完后在NH 3气氛下冷却至室温。其中氨气流量为0.1 L · mirT1,得到 Ta3N5纳米纤维,得到的纳米纤维的直径为170nm左右,长度达为120 μ m左右,纤维表面有 明显的多孔结构。
[0041] (2)将0. 2mmol钼酸钠加入到5ml乙二醇中,超声混合,使之溶解,得钼酸钠溶液;
[0042] (3)将0. 4mmol硝酸铋加入到5ml乙二醇中,超声混合,使之溶解,得硝酸铋溶液;
[0043] (4)将步骤(2)中得到的钼酸钠溶液和将步骤(3)中得到的硝酸铋溶液混合后再 加入30ml乙醇混合,然后加入30mg的Ta 3N5纳米纤维继续混合以形成反应前混合液,之后 将反应前混合液放入反应Il中,在160°c下进行溶剂热反应24h,反应后得到的产物依次经 离心、无水乙醇洗涤1次、去离子水洗5次后烘干,烘干温度为60°C,烘干时间为10h,既得 丁 &3乂/81^〇06异质结纤维光催化剂。
[0044] 图1为本实施例制备的Ta3N5/Bi2M 〇06异质结纤维光催化剂的扫描电镜(SEM)图 片,放大倍数为10000倍,从该图中可以看出Ta 3N5/Bi2M〇06具有壳核纳米纤维结构,Bi 2M〇06 纳米片均勾生长于Ta3N5纳米纤维表面,其中Ta 3N5纳米纤维为核,Bi 2M〇06纳米片为壳。
[0045] 图2是本实施例制备的Ta3N5/Bi2M 〇06异质结纤维光催化剂透射电镜图,从该图中 可以看出,该催化剂具有壳核纳米纤维结构,Bi 2MoO6纳米片均匀生长于Ta3N5纳米纤维表 面,Bi2MoO6纳米片厚度为8nm左右;长度为50nm左右。
[0046] 为了进一步证明本实施例得到的最终产物为了&#5作1^ 〇06异质结纤维光催化剂, 分别对Ta3N5 (其为本实施例步骤(1)制备的Ta3N5纳米纤维)、Bi 2M〇06 (其制备方法除步骤 (4)中不加入Ta3N5纳米纤维以外,其他均与本实施例步骤(2)-(4)相同)和Ta 3N5/Bi2M〇06 异质结纤维光催化剂进行了 X射线粉末衍射分析,并给出相应图谱,参见图3,从图3中可 以看出在1&#5作1 21〇06异质结纤维光催化剂的X射线粉末衍射图谱中同时具有Ta 3N5和 Bi2MoOfJ^特征峰,进一步表明成功制备了 Ta 3N5/Bi2Mo06异质结纤维。
[0047] 图4为本实施例制备的Ta3N5/Bi2M 〇06异质结纤维光催化剂的氮气吸附脱附等 温曲线和对应的孔径分布图,1&# 5作1^〇06异质结纤维光催化剂的孔径分布均匀,主要集 中在14~18nm左右;BET分析可知了 &#5作1^〇06异质结纤维光催化剂的比表面积高达 63. 2m2 · g、
[0048] 图5是本实施例制备的Ta3N5/Bi2M 〇06异质结纤维光催化剂的紫外-可见光漫反射 光谱图,从图中
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