技术领域
[0001] 本
发明属于
半导体光催化材料制备技术领域,具体涉及一种Mo掺杂诱导水热制备BiVO4空心立方体的方法。
背景技术
[0002] 近年来,从纺织、造纸、印刷、
染色和农业工业排出的
废水中包含大量的有机和无机污染物,如染料和重
金属离子等,是污染水源的罪魁祸首,对人体健康和
生态系统具有严重的危害。因此,迫切需要寻找一种有效方法解决废
水处理问题。半导体光催化技术作为一种绿色技术,以其室温深度反应和可直接利用太阳光作为
光源来驱动反应等独特性能而成为一种理想的环境污染治理技术,可以将水中难降解的有毒污染物分解为小分子无毒物质,对解决环境污染问题具有十分大的潜在应用价值。
[0003] 在众多可见光响应型半导体材料中,BiVO4由于具有合适的带隙结构、良好的水相
稳定性、无毒等优点而引起人们的广泛关注。然而,纯相BiVO4存在光生
电子空穴对复合快等缺点而限制其实际应用。因此,常需对其进行改性,如掺杂、形貌调控、半导体复合、贵金属沉积等。其中,掺杂被认为是一种简单有效的改性手段。Tian等采用水热法,通过掺杂不同量的Mo,合成出饼状BiVO4样品,相比于纯BiVO4样品,Mo掺杂BiVO4样品表现出更好的光催化性能(X Tian, et al. J. Mater. Sci.: Mater. El., 2019, 30: 19335-19342)。
[0004] 此外,研究报道发现,催化剂的形貌结构与催化性能密切相关。其中,空心结构由于具有较大
比表面积,不仅可以增加催化剂与底物之间的
接触面积,而且具有较多的催化活性位点。此外,空心结构可以缩短光生载流子的迁移距离,从而降低复合几率,增强光催化性能。
专利CN 101746824A以聚乙烯吡咯烷
酮为
表面活性剂,采用水热法合成了空心球状多孔BiVO4,表现出较好的光催化性能。Chen等以赖
氨酸为表面活性剂,Ag为复合剂,当Ag复合量为6.5wt%时可诱导合成空心球状结构Ag/BiVO4复合物,相比于纯BiVO4和Ag掺杂BiVO4样品,该复合物样品表现出更好的光催化活性(L Chen, et al. RSC Adv., 2013, 3: 24354-24361)。
[0005] 迄今为止,尚无文献和专利报道过以Mo掺杂诱导水热制备BiVO4空心立方体的方法。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种Mo掺杂诱导水热制备BiVO4空心立方体的方法,本发明制备的Mo掺杂BiVO4样品为四方白钨矿结构,形貌为规整的空心立方体结构,直径约0.6-0.7μm,吸收边界为510nm。
[0007] 本发明采用的技术方案如下:步骤1. 在搅拌条件下,将摩尔比为1-x:x(x为7-9%,总物质的量为8mmol)的偏
钒酸铵和钼酸铵溶解于30mL热水(80℃)中,标记为A液;
步骤2. 在超声条件下,将8mmol
硝酸铋溶解于30mL乙二醇中,标记为B液;
步骤3. 在室温搅拌条件下,将步骤1得到的A液逐滴加入步骤2得到的B液中,继续搅拌
30min;
步骤4. 用2mol/L的NaOH溶液调节步骤3所得混合溶液的pH值为5,继续搅拌30min;
步骤5. 将步骤4得到的溶液转移至100mL反应釜
内衬中,将密封好的反应釜置于恒温烘箱中于180℃下水热反应24h;
步骤6. 待自然冷却至室温后,取出样品对其进行抽滤,用去离子水和
乙醇洗涤3次,将所得固体产物于60℃烘干12h,然后以5℃/min的升温速率升温到400℃,保温5h,即得到Mo掺杂的BiVO4空心立方体。
[0008] 本发明以硝酸铋和偏钒酸铵为金属源,钼酸铵为钼源,作为
掺杂剂,采用水热法制备BiVO4空心立方体。Mo掺杂量对BiVO4空心立方体的形成起到重要作用。
[0009] 本发明的有益效果在于:(1)本发明以Mo作为掺杂剂,通过调控钼酸铵的加入量,诱导水热制备BiVO4空心立方体;
(2)本发明制备的Mo掺杂BiVO4空心立方体具有原料廉价易得、制备工艺简单、形貌和结构可控、可重复性高等优点;
(3)本发明制备的Mo掺杂BiVO4空心立方体,增大了催化剂与污染物之间的接触面积,缩短了光生电子和空穴的迁移距离,降低了光生载流子的复合几率,可以有效降解水中污染物,在
污水处理方面具有优良的应用前景。
附图说明
[0010] 为了进一步了解本发明,下面以
实施例作详细说明,并给出附图描述本发明得到的Mo掺杂BiVO4空心立方体,其中:图1为制得的Mo掺杂BiVO4空心立方体的
X射线衍射(XRD)谱图,其中曲线(A)和(B)分别为实施例1和实施例3样品的XRD谱图,曲线(C)为四方白钨矿相BiVO4(JCPDS No. 78-1534)标准卡片。
[0011] 图2为制得的Mo掺杂BiVO4空心立方体的扫描电子
显微镜(SEM)照片,其中图2(A)和2(B)分别为实施例1和实施例3样品的SEM照片。
[0012] 图3为制得的Mo掺杂BiVO4空心立方体的紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)谱图,其中曲线(A)和(B)分别为实施例1和实施例3样品的UV-vis DRS谱图。
具体实施方式
[0013] 实施例1:步骤1. 在搅拌条件下,将摩尔比为0.93:0.07(总物质的量为8mmol)的偏钒酸铵和钼酸铵溶解于30mL热水(80℃)中,标记为A液;
步骤2. 在超声条件下,将8mmol硝酸铋溶解于30mL乙二醇中,标记为B液;
步骤3. 在室温搅拌条件下,将步骤1得到的A液逐滴加入步骤2得到的B液中,继续搅拌
30min;
步骤4. 用2mol/L的NaOH溶液调节步骤3所得混合溶液的pH值为5,继续搅拌30min;
步骤5. 将步骤4得到的溶液转移至100mL反应釜内衬中,将密封好的反应釜置于恒温烘箱中于180℃下水热反应24h;
步骤6. 待自然冷却至室温后,取出样品对其进行抽滤,用去离子水和乙醇洗涤3次,将所得固体产物于60℃烘干12h,然后以5℃/min的升温速率升温到400℃,保温5h,即得到Mo掺杂的BiVO4空心立方体。
[0014] 经实施例1制得的Mo掺杂BiVO4空心立方体的X射线衍射(XRD)谱图见图1中曲线(A),扫描电子显微镜(SEM)照片见图2(A),以及紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)谱图见图3中曲线(A)。结果表明,制得的BiVO4样品为四方白钨矿结构,相比于标准卡片JCPDS No. 6+ 5+
78-1534,X射线衍射峰向小
角度方向偏移,原因是Mo 离子半径稍大于V 离子半径,意味着Mo成功掺杂进入BiVO4晶格,样品形貌为规整的空心立方体,直径约0.7μm,吸收边界为
510nm。
[0015] 实施例2:步骤1. 在搅拌条件下,将摩尔比为0.92:0.08(总物质的量为8mmol)的偏钒酸铵和钼酸铵溶解于30mL热水(80℃)中,标记为A液;
步骤2. 在超声条件下,将8mmol硝酸铋溶解于30mL乙二醇中,标记为B液;
步骤3. 在室温搅拌条件下,将步骤1得到的A液逐滴加入步骤2得到的B液中,继续搅拌
30min;
步骤4. 用2mol/L的NaOH溶液调节步骤3所得混合溶液的pH值为5,继续搅拌30min;
步骤5. 将步骤4得到的溶液转移至100mL反应釜内衬中,将密封好的反应釜置于恒温烘箱中于180℃下水热反应24h;
步骤6. 待自然冷却至室温后,取出样品对其进行抽滤,用去离子水和乙醇洗涤3次,将所得固体产物于60℃烘干12h,然后以5℃/min的升温速率升温到400℃,保温5h,即得到Mo掺杂的BiVO4空心立方体。
[0016] 实施例3:步骤1. 在搅拌条件下,将摩尔比为0.91:0.09(总物质的量为8mmol)的偏钒酸铵和钼酸铵溶解于30mL热水(80℃)中,标记为A液;
步骤2. 在超声条件下,将8mmol硝酸铋溶解于30mL乙二醇中,标记为B液;
步骤3. 在室温搅拌条件下,将步骤1得到的A液逐滴加入步骤2得到的B液中,继续搅拌
30min;
步骤4. 用2mol/L的NaOH溶液调节步骤3所得混合溶液的pH值为5,继续搅拌30min;
步骤5. 将步骤4得到的溶液转移至100mL反应釜内衬中,将密封好的反应釜置于恒温烘箱中于180℃下水热反应24h;
步骤6. 待自然冷却至室温后,取出样品对其进行抽滤,用去离子水和乙醇洗涤3次,将所得固体产物于60℃烘干12h,然后以5℃/min的升温速率升温到400℃,保温5h,即得到Mo掺杂的BiVO4空心立方体。
[0017] 经实施例3制得的Mo掺杂BiVO4空心立方体的X射线衍射(XRD)谱图见图1中曲线(B),扫描电子显微镜(SEM)照片见图2(B),以及紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)谱图见图3中曲线(B)。结果表明,制得的BiVO4样品为四方白钨矿结构,相比于标准卡片JCPDS No. 78-1534,X射线衍射峰向小角度方向偏移,原因是Mo6+离子半径稍大于V5+离子半径,意味着Mo成功掺杂进入BiVO4晶格,样品形貌为规整的空心立方体,直径约0.6μm,吸收边界为
510nm。