一种钒酸铋-氧化锡复合光催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及无机纳米光催化剂材料领域，特别涉及一种复合光催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在过去的几十年里，光催化技术已经广泛应用于降解有毒有机污染物和光解水产氢能源的领域。T12因为其高化学稳定性、低成本、无毒性而成为目前应用最广泛的半导体材料。但是，1102在实际应用中却受到了限制，因为T12的带隙能为3.2eV，这就意味着打02只能利用紫外光，而在太阳发射光谱中紫外光只占到4%，剩余的其他太阳能光谱得不到充分的利用。因此，近些年来很多学者致力于开发可见光驱动的催化剂材料，为的就是充分高效的利用太阳能。
[0003]近些年来，带隙能只有2.4eV的单斜晶钒酸铋(m_BiV04)作为一种非常有前景的可见光响应半导体材料得到越来越多学者的重视。许多研究发现BiVO4在可见光条件下有着非常好的光响应能力，同时它还能有效的降解部分有机污染物。但是单纯的钒酸铋作为光催化剂也面临着一些问题，例如:比表面积过小，吸附能力较差，而且光生载流子难以分离，电子空穴对容易复合等，这些缺陷都限制了钒酸铋的光催化性能。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的问题在于，传统的钒酸铋单体催化剂具有比表面积过小，吸附能力差，而且光生载流子难以分离，电子空穴对容易复合等缺陷，这些缺陷都限制了钒酸铋的光催化性能，构建了一种能够促进电荷高效分离、具有高光催化活性的氧化锡纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂及其制备方法，该复合光催化剂中氧化锡纳米粒子离散地复合于钒酸铋的表面，有利于暴露出高活性的氧化锡-钒酸铋相界面，在环境污染控制、能源等领域具有广泛的应用前景；同时该复合光催化剂的制备方法简单、成本低廉、重复性好，能够很好地满足量产要求。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种钒酸铋-氧化锡复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤:
[0007](I)将氯化锡和硝酸铋溶于硝酸溶液中，充分搅拌后，配制成酸性混合溶液；取与硝酸铋相同摩尔数的偏钒酸铵溶于氢氧化钠溶液中，充分搅拌后，配制成碱性钒酸钠溶液；
[0008](2)在搅拌条件下，将步骤(I)的混合溶液逐滴加入钒酸钠溶液中，使其生成亮黄色溶液；
[0009](3)往亮黄色溶液中，逐滴加入碱性溶液，调整pH值为8以上，超声振动20min以上，将混合液进行水热反应；
[0010](4)待水热产物冷却至室温，用去离子水清洗，经过滤后干燥所得粉体即钒酸铋-氧化锡复合光催化剂。
[0011]所述水热反应的条件为120?180°C条件下，反应20?30h。
[0012]所述水热反应的条件为150°C条件下，反应24h。
[0013]步骤(I)中所述氯化锡和硝酸铋的摩尔比为(2?4):7。
[0014]所述氯化锡和硝酸铋的摩尔比为3:7。
[0015]步骤(3)中所述碱性溶液为氢氧化钠溶液，pH调整为10。
[0016]步骤(4)中所述超声振动时间为30min ;所述干燥条件为置于烘箱内，处理温度为60 °C，处理时间为24h。
[0017]步骤(I)所述硝酸的浓度为4M，氢氧化钠溶液的浓度为4M。
[0018]上述方法制得的钒酸铋-氧化锡复合光催化剂，用于在可见光下进行光催化降解甲基蓝。
[0019]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0020](I)本发明构建出一种氧化锡纳米粒子离散复合于钒酸铋的复合光催化剂，这与传统的块状钒酸铋单体催化剂相比，复合催化剂具备更大的比表面积，有利于提高催化剂的催化活性；
[0021](2)本发明实现了钒酸铋与氧化锡的复合，形成了钒酸铋-氧化锡异质结构，这种结构非常有利于光生载流子的分离，降低了电子空穴对的复合效率，提高了催化剂的催化性能；而且由于异质结构的存在，光生载流子可以高效地从异质结构界面转移至催化剂材料表面吸附的基质上面，从而一个快速的氧化还原过程可以更加容易实现。
[0022](3)本发明制备方法简单、对设备的要求低、成本低廉、重复性好，能够很好地满足量产要求；本发明基于复合材料的特点，将钒酸铋和氧化锡二者进行了复合，能够在可见光下，进行光催化降解甲基蓝(MB)。
【附图说明】
[0023]图1是实施例1所制备的钒酸铋-氧化锡复合光催化剂的XRD图谱；
[0024]图2是实施例1所制备的钒酸铋-氧化锡复合光催化剂在可见光下光催化降解甲基蓝效果图，参考为空白、纯的氧化锡以及钒酸铋。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
[0026]实施例1
[0027]常温常压下，称取3.39g的Bi (NO3)3.5H20和1.05g的SnCl4.5H20粉末于烧杯A中，加入20mL浓度为4M的硝酸，充分搅拌后得到澄清溶液；另称取与0.82g的順^03于烧杯B中，加入20mL浓度为4M的NaOH，充分搅拌后得到澄清溶液；然后在快速搅拌的情况下，将A溶液逐滴加入B溶液中，得到亮黄色的溶液，加入浓度为IM的NaOH溶液，调整pH值为10，超声振动30min后，将该亮黄色溶液转移至10mL的水热反应釜中，在150°C条件下，水热反应24h。待冷却至室温，将产物用去离子水清洗数次后，置于60°C的烘箱中处理24h。待冷却至室温，将所得粉体用玛瑙研钵研细，即得钒酸铋-氧化锡复合催化剂粉末2.54go
[0028]实施例2
[0029]常温常压下，称取3.41g的Bi (NO3)3.5H20和1.06g的SnCl4.5H20粉末于烧杯A中，加入20mL浓度为4M的硝酸，充分搅拌后得到澄清溶液；另称取与0.83g的順^03于烧杯B中，加入20mL浓度为4M的NaOH，充分搅拌后得到澄清溶液；然后在快速搅拌的情况下，将A溶液逐滴加入B溶液中，得到亮黄色的溶液，加入浓度为IM的NaOH溶液，调整pH值为10，超声振动30min后，将该亮黄色溶液转移至10mL的水热反应釜中，在150°C条件下，水热反应24h。待冷却至室温，将产物用去离子水清洗数次后，置于60°C的烘箱中处理24h。待冷却至室温，将所得粉体用玛瑙研钵研细，即得钒酸铋-氧化锡复合催化剂粉末2.41go
[0030]实施例3
[0031]常温常压下，称取6.79g的Bi (NO3)3.5H20和2.1lg的SnCl4.5H20粉末于烧杯A中，加入20mL浓度为4M的硝酸，充分搅拌后得到澄清溶液；另称取与1.65g的順^03于烧杯B中，加入20mL浓度为4M的NaOH，充分搅拌后得到澄清溶液；然后在快速搅拌的情况下，将A溶液逐滴加入B溶液中，得到亮黄色的溶液，加入浓度为IM的NaOH溶液，调整pH值为10，超声振动30min后，将该亮黄色溶液转移至10mL的水热反应釜中，在150°C条件下，水热反应24h。待冷却至室温，将产物用去离子水清洗数次后，置于60°C的烘箱中处理24h。待冷却至室温，将所得粉体用玛瑙研钵研细，即得钒酸铋-氧化锡复合催化剂粉末4.98go
【主权项】
1.一种钒酸铋-氧化锡复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将氯化锡和硝酸铋溶于硝酸溶液中，充分搅拌后，配制成酸性混合溶液；取与硝酸铋相同摩尔数的偏钒酸铵溶于氢氧化钠溶液中，充分搅拌后，配制成碱性钒酸钠溶液； (2)在搅拌条件下，将步骤(I)的混合溶液逐滴加入钒酸钠溶液中，使其生成亮黄色溶液； (3)往亮黄色溶液中，逐滴加入碱性溶液，调整pH值为8以上，超声振动20min以上，将混合液进行水热反应； (4)待水热产物冷却至室温，用去离子水清洗，经过滤后干燥所得粉体即钒酸铋-氧化锡复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的条件为120?180°C条件下，反应20?30h。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的条件为150°C条件下，反应24h。4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述氯化锡和硝酸铋的摩尔比为(2?4):7。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氯化锡和硝酸铋的摩尔比为3:7。6.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述碱性溶液为氢氧化钠溶液，pH调整为10。7.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述超声振动时间为30min ;所述干燥条件为置于烘箱内，处理温度为60°C，处理时间为24h。8.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述硝酸的浓度为4M，氢氧化钠溶液的浓度为4M。9.权利要求1?8任一项所述方法制得的钒酸铋-氧化锡复合光催化剂。10.权利要求9所述复合光催化剂的应用，其特征在于，所述复合光催化剂用于在可见光下进行光催化降解甲基蓝。
【专利摘要】本发明公开了一种钒酸铋-氧化锡复合光催化剂及其制备方法和应用，包括如下步骤：(1)将氯化锡和硝酸铋溶于硝酸溶液中，充分搅拌后，配制成酸性混合溶液；取偏钒酸铵溶于氢氧化钠溶液中，充分搅拌后，配制成碱性钒酸钠溶液；(2)在搅拌条件下，将上述混合溶液逐滴加入钒酸钠溶液中，使其生成亮黄色溶液；(3)往亮黄色溶液中，逐滴加入碱性溶液，调整pH值为8以上，超声振动，将混合液进行水热反应；(4)待水热产物冷却至室温，用去离子水清洗，经过滤后干燥所得粉体即钒酸铋-氧化锡复合光催化剂。发明制备方法简单、成本低廉、重复性好，能够很好地满足量产要求；制得催化剂能够在可见光下，进行光催化降解甲基蓝。
【IPC分类】B01J23/22
【公开号】CN105032399
【申请号】CN201510501080
【发明人】黄少斌, 尹佳芝, 简子聪
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月14日