一种钨酸铋/磷酸铋复合薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钨酸铋/磷酸铋复合薄膜及其制备方法和应用，先在基板上逐层旋涂Bi

Bismuth tungstate / bismuth phosphate composite film, preparation method and application thereof

The invention discloses a bismuth tungstate / bismuth phosphate composite film, a preparation method and an application thereof, wherein, Bi is coated on the substrate by layer by layer

【技术实现步骤摘要】
一种钨酸铋/磷酸铋复合薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于功能材料领域，涉及一种Bi2WO6/BiPO4复合薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
Bi2WO6的禁带宽度约为2.7eV，具有良好的可见光响应，是一种新型的可见光催化材料，可用于降解工业废水中的有机污染物。Bi2WO6在受到可见光照射时，电子能从价带跃迁至导带，在价带上留下空位，光生电子和空穴与O2和表面OH-结合，形成具有氧化性的超氧自由基·O2-和羟基自由基·OH等，超氧自由基和羟基自由基能分解水中的有机物分子，达到降解的效果。现有的大部分Bi2WO6材料是粉体材料，在光降解实验中，纳米Bi2WO6颗粒的光催化的效果比较好，但小尺寸颗粒的回收率很低，循环使用性能差。BiPO4的禁带宽度约为4eV，属于宽禁带半导体，具有良好的紫外光响应，可用作光催化材料，降解工业废水中的有机污染物。BiPO4在受到紫外光照射时，电子能从价带跃迁至导带，在价带上留下空位，光生电子和空穴与O2和表面OH-结合，形成具有氧化性的超氧自由基·O2-和羟基自由基·OH等，超氧自由基和羟基自由基能分解水中的有机物分子，达到降解的效果。目前，研究人员已通过多种途径合成BiPO4，如固相反应法，水热反应法，二元溶剂热法以及其他一些方法，上述方法所制备的材料皆为粉体材料，粉体在光催化降解有机物方面有着一定的应用前景，但粉体颗粒尺寸太小，回收再利用方面存在一定的技术难度，这是粉体材料光降解的一个短板。目前还没有以溶胶-凝胶方法制备Bi2WO6/BiPO4复合薄膜的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钨酸铋/磷酸铋复合薄膜及其制备方法和应用，制得的复合薄膜具有一定的光响应特性，可用于降解有机污染物。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钨酸铋/磷酸铋复合薄膜，该复合薄膜包括上层膜和下层膜，其中下层膜为正交相的Bi2WO6晶态膜，空间群为Pca21(29)，上层膜为化学计量比为Bi3.69P0.31O6.3的立方相BiPO4薄膜，空间群为Fm-3m(225)；在300W氙灯的模拟太阳光照射条件下，该复合薄膜具有1.423～2.649mA/cm2的光响应电流。所述的钨酸铋/磷酸铋复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将Na2WO4溶于乙二醇中，配成溶液A，将Bi(NO3)3溶于乙二醇中，配成溶液B；按Bi与W的摩尔比为2:1，将溶液A滴加入溶液B中并搅拌，配制成无色澄清的混合溶液，继续搅拌使其混合均匀，得到Bi2WO6前驱溶液；将Bi2WO6前驱溶液静置10～12h，得到无色澄清的Bi2WO6溶胶；步骤2：将Bi2WO6溶胶旋涂在导电玻璃基片上，形成Bi2WO6湿膜，Bi2WO6湿膜经烘烤后得到Bi2WO6干膜，Bi2WO6干膜经退火后得到Bi2WO6薄膜；步骤3：待Bi2WO6薄膜自然冷却后，在Bi2WO6薄膜上重复步骤2，直至达到所需厚度，即得到下层膜；步骤4：将Bi(NO3)3溶于乙二醇中，配成溶液C，将Na3PO4溶于乙二醇中，配成溶液D；按Bi与P的摩尔比为1:1，将溶液D滴加入溶液C中并搅拌，产生沉淀，滴加浓硝酸至沉淀消除，配制成无色澄清的BiPO4溶液，继续搅拌使其混合均匀，得到BiPO4前驱溶液；将BiPO4前驱溶液静置10～12h，得到无色澄清的BiPO4溶胶；步骤5：将BiPO4溶胶旋涂在下层膜上，形成BiPO4湿膜，BiPO4湿膜经烘烤后得到BiPO4干膜，BiPO4干膜经退火后得到BiPO4薄膜；步骤6：待BiPO4薄膜自然冷却后，在BiPO4薄膜上重复步骤5，直至达到所需厚度，即得到钨酸铋/磷酸铋复合薄膜。所述溶液A的浓度为0.2～0.3mol/L，溶液B的浓度为0.4～0.6mol/L，溶液C的浓度为0.15～0.2mol/L，溶液D的浓度为0.15～0.2mol/L。所述步骤1中在配制成混合溶液后，继续搅拌1～1.5h使其混合均匀，得到Bi2WO6前驱溶液；所述步骤4中在配制成BiPO4溶液后，继续搅拌1～1.5h使其混合均匀，得到BiPO4前驱溶液。所述步骤2进行前，先将裁切好的导电玻璃基片清洗干净，然后在紫外光下照射处理，使导电玻璃基片表面达到原子清洁度；所述导电玻璃基片为FTO玻璃基片、ITO玻璃基片或Si基片；所述步骤5进行前先将下层膜在紫外光下照射处理20～30min。所述步骤2中旋涂Bi2WO6溶胶时的匀胶转速为3500～4000r/min，匀胶时间为7～10s；所述步骤5中旋涂BiPO4溶胶时的匀胶转速为3500～4000r/min，匀胶时间为7～10s。所述步骤2中Bi2WO6湿膜的烘烤温度为180～200℃，烘烤时间为8～10min；所述步骤5中BiPO4湿膜的烘烤温度为150～160℃，烘烤时间为8～10min。所述步骤2中退火时是以8～10℃/min的升温速率将Bi2WO6干膜升到300～500℃的退火温度，并在该温度下退火，退火保温时间为15～20min；所述步骤5中退火时是以8～10℃/min的升温速率将BiPO4干膜升到175～350℃的退火温度，并在该温度下退火，退火保温时间为15～20min。所述钨酸铋/磷酸铋复合薄膜由3～5层Bi2WO6薄膜和3～5层BiPO4薄膜构成。所述的钨酸铋/磷酸铋复合薄膜在光催化降解有机污染物方面的应用。相对于现有技术，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术首次以溶胶-凝胶方法制备了Bi2WO6/BiPO4复合薄膜，由于Bi2WO6的价带、导带位置和BiPO4不同，因此Bi2WO6光生电子和空穴分离以后会分别迁移到BiPO4的价、导带，而BiPO4的禁带宽度较大，因此光生电子和空穴的分离效率提高，可以提高Bi2WO6/BiPO4复合薄膜在降解工业废水中的有机污染物时的降解效率，解决了单一薄膜材料光生电子和空穴的分离效率底的问题。2.本专利技术采用溶胶凝胶法，直接将均匀稳定的Bi2WO6溶胶涂覆在基片上，再将BiPO4溶胶涂覆在Bi2WO6薄膜上，采用层层退火的工艺，通过一定时间的退火能够提高结晶度，晶粒大小比较均匀，没有明显的异常长大现象，薄膜均匀度进一步提高。3.本专利技术提供的Bi2WO6/BiPO4复合薄膜的制备方法，直接将Na2WO4的乙二醇溶液缓慢加入到Bi(NO3)3的乙二醇溶液中，加以搅拌即可得到澄清、稳定的Bi2WO6溶胶，并将Bi(NO3)3和Na3PO4的乙二醇溶液以及适量的浓硝酸混合即可得到BiPO4溶胶，且配制的这两种溶胶体系十分稳定，能长期保持无色澄清，无需再添加其他稳定剂，相较于现有技术的工艺更为简单，而且两种溶胶的浓度精确可控，另外能长期保持均匀稳定的Bi2WO6溶胶和BiPO4溶胶非常适用于逐层退火的溶胶凝胶技术。4.本专利技术制得的Bi2WO6/BiPO4复合薄膜具有很好的光响应特性，在300W氙灯的模拟太阳光下，制得的Bi2WO6/BiPO4复合薄膜光电流最高达到了2.649mA/cm2，可用于光催化降解有机污染物。而且本专利技术制得的Bi2WO6/BiPO4复合薄膜在基板上的附着力明显高于纯相薄膜的附着力，这对测试和使用都非常有利。另外本专利技术制得的Bi2WO6/BiPO4复合薄膜可以克服现有BiPO4粉体和Bi2WO6粉体材料在光催化降解有机物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨酸铋/磷酸铋复合薄膜，其特征在于：该复合薄膜包括上层膜和下层膜，其中下层膜为正交相的Bi

【技术特征摘要】
1.一种钨酸铋/磷酸铋复合薄膜，其特征在于：该复合薄膜包括上层膜和下层膜，其中下层膜为正交相的Bi2WO6晶态膜，空间群为Pca21(29)，上层膜为化学计量比为Bi3.69P0.31O6.3的立方相BiPO4薄膜，空间群为Fm-3m(225)；在300W氙灯的模拟太阳光照射条件下，该复合薄膜具有1.423～2.649mA/cm2的光响应电流。2.权利要求1所述的钨酸铋/磷酸铋复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将Na2WO4溶于乙二醇中，配成溶液A，将Bi(NO3)3溶于乙二醇中，配成溶液B；按Bi与W的摩尔比为2:1，将溶液A滴加入溶液B中并搅拌，配制成无色澄清的混合溶液，继续搅拌使其混合均匀，得到Bi2WO6前驱溶液；将Bi2WO6前驱溶液静置10～12h，得到无色澄清的Bi2WO6溶胶；步骤2：将Bi2WO6溶胶旋涂在导电玻璃基片上，形成Bi2WO6湿膜，Bi2WO6湿膜经烘烤后得到Bi2WO6干膜，Bi2WO6干膜经退火后得到Bi2WO6薄膜；步骤3：待Bi2WO6薄膜自然冷却后，在Bi2WO6薄膜上重复步骤2，直至达到所需厚度，即得到下层膜；步骤4：将Bi(NO3)3溶于乙二醇中，配成溶液C，将Na3PO4溶于乙二醇中，配成溶液D；按Bi与P的摩尔比为1:1，将溶液D滴加入溶液C中并搅拌，产生沉淀，滴加浓硝酸至沉淀消除，配制成无色澄清的BiPO4溶液，继续搅拌使其混合均匀，得到BiPO4前驱溶液；将BiPO4前驱溶液静置10～12h，得到无色澄清的BiPO4溶胶；步骤5：将BiPO4溶胶旋涂在下层膜上，形成BiPO4湿膜，BiPO4湿膜经烘烤后得到BiPO4干膜，BiPO4干膜经退火后得到BiPO4薄膜；步骤6：待BiPO4薄膜自然冷却后，在BiPO4薄膜上重复步骤5，直至达到所需厚度，即得到钨酸铋/磷酸铋复合薄膜。3.根据权利要求2所述的钨酸铋/磷酸铋复合薄膜的制备方法，其特征在于：所述溶液A的浓度为0.2～0.3mol/L，溶液B的浓度为0.4～0.6mol/L，溶液C的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈国强，苏宇宁，许驰，赵程程，夏傲，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61