一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种具单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用，采用醇‑水热法，配置适量的Bi(NO)3·5H2O乙二醇溶液和NH4VO3水悬浮液液；通过优化NH4VO3水悬浮液液加入Bi(NO)3·5H2O乙二醇溶液中的方式控制反应过程；将反应完全的溶液放入高压反应釜反应，冷却至室温后将产物用去离子水和无水乙醇交替冲洗；放置管式炉中煅烧，即可在不添加表面活性剂的条件下制备尺寸均匀并具有良好光催化性能的单斜白钨矿晶型的钒酸铋纳米片。本发明专利技术提供了一种醇‑水热方法，在不添加任何表面活性剂或螯合剂的条件下，通过优化加料模式及煅烧的方法，成功制备了尺寸均匀并对甲基橙具有良好光催化性能的单斜白钨矿晶型的钒酸铋纳米片，其褪色率能够达到98.44%；该制备方法简单可控，重复性高，具有明显的应用价值。

A monoclinic scheelite crystal bismuth vanadate nano film and preparation method and application thereof

The invention relates to a bismuth vanadate nano film and preparation method and application thereof with monoclinic scheelite crystal by hydrothermal method, alcohol, configure the appropriate amount of Bi (NO) 3 - 5H2O glycol solution and NH4VO3 aqueous suspension liquid; through the optimization of NH4VO3 suspension liquid is added into the Bi (NO) 3 - 5H2O B two alcohol solution in the way of controlling the reaction process; the solution reaction completely into the reaction autoclave, after cooling to room temperature with deionized water and anhydrous ethanol rinsing product; calcining furnace tube, can not add surfactants prepared under the conditions of uniform size and nano bismuth vanadate tablet has good photocatalytic properties of monoclinic scheelite crystal. The invention provides an alcohol hydrothermal method without adding any surfactant or chelating agent conditions, by optimizing the feeding mode and calcination, bismuth vanadate nano film with uniform size and good photocatalytic properties of methyl orange monoclinic scheelite crystal was prepared, the fading rate. Can reach 98.44%; the preparation method is simple and controllable, high repeatability, has obvious application value.

【技术实现步骤摘要】
一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用
本专利技术属于光催化纳米材料领域，具体涉及一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用。
技术介绍
在无机材料中，钒酸铋因带隙可以从紫外调控至可见光波段（与结构及形貌相关），具有良好的氧化还原能力、光化学稳定性强的优点；且兼具成本低廉、无毒、色泽鲜艳等特点，在黄色颜料和可见光光催化剂领域受到了广泛关注。作为具有良好光化学稳定性能的无机材料，钒酸铋的光学性能被广泛研究，相关结果证实：相比四方锆石和四方白钨矿结构的钒酸铋，单斜白钨矿晶型的钒酸铋在可见光范围内光催化性能最优。Walsh等通过密度泛函理论解释了其背后的机制(Chem.Mater.,2009,21,547–551)，使得不同纳米结构单斜相钒酸铋制备取得了较大进展。2010年，Han等人用十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，采用水热法合成了正八面体状的单斜白钨矿晶型钒酸铋，并将其用于罗丹明B的降解中。（HanMetal；Synthesisofmono-dispersedm-BiVO4octahedralnano-crystalswithenhancedvisiblelightphotocatalyticproperties,CrystEngComm.2011,13(22):6674）2012年，Chen等采用等以L-赖氨酸为表面活剂，水热条件下得到了中空花生状单斜相钒酸铋，在可见光下，对结晶紫降解均表现出较强的活性。（ChenLetal;Hollowpeanut-likem-BiVO4:facilesynthesisandsolar-light-inducedphotocatalyticpropertyCrystEngComm，2012,14(12)：4217）2015年，Lu等采用柠檬酸纳作为表面活性剂，通过调控反应参数，获得了椭球状及双四角状的单斜白钨矿晶型钒酸铋，证实对亚甲基蓝具有较好的降解活性。（LuYanjieetal,.Preparationandefficientvisiblelight-inducedphotocatalyticactivityofm-BiVO4withdifferentmorphologies.JournalofPhysicsandChemistryofSolids,2015,85:44）水热法具有成本低廉，环境污染小工艺易放大等优点，但在形貌调控中，需借助有机的表面活性剂完成，其残留会明显影响制备的材料的光催化性能。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用。本专利技术采取以下技术方案实现：一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将适量NH4VO3溶解于一定体积的去离子水中，室温下磁力搅拌20分钟，形成浓度为0.3mol/L的奶白色悬浮液A；将适量Bi(NO)3·5H2O溶解相同体积的乙二醇中，室温下磁力搅拌20分钟至溶液至澄清，得到溶液B；（2）将步骤（1）中一半奶白色悬浮液A的直接倒入B中，快速搅拌5分钟后，将剩余的部分在5分钟内匀速加入；搅拌30分钟；得到反应完全的混合溶液；（3）将混合溶液转移至聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在一定温度范围下；反应16h后取出，用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物3-4次；（4）将冲洗干净的沉淀物微波干燥后，产物放入管式烧结炉中煅烧120-180分钟，得到单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片。步骤（1）Bi(NO)3·5H2O和NH4VO3的物理量比为1.02-1.06，最优方案为1.04。步骤（2）中快速搅拌的速度为800r/min；匀速添加的速率为300r/min。步骤（3）中的温度范围为120℃-180℃；其中最优方案为150℃。步骤（4）中微波干燥时间为15分钟，煅烧温度为450℃-550℃；升温速率为4-6℃/min；最优方案为5℃/min升温至500℃煅烧150分钟。一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片，其特征在于，根据所述任一所述方法制备得到。一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片在光催化的应用，光催化性能良好。与现有技术，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用醇-水热法，在不使用任何额外表面活性剂的条件下，通过优化加料方式，控制反应工艺结合煅烧的方式，直接获得对甲基橙具有良好光催化性能的单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片。该制备方案中无需添加任何表面活性剂，工艺定量性高；简单易控，可重复性强，易于实现大规模批量生产，具有重要的应用潜力。本专利技术提供了一种醇-水热方法，在不添加任何表面活性剂或螯合剂的条件下，通过优化加料模式及煅烧的方法，成功制备了尺寸均匀并对甲基橙具有良好光催化性能的单斜白钨矿晶型的钒酸铋纳米片，其褪色率能够达到98.44%；该制备方法简单可控，重复性高，具有明显的应用价值。附图说明图1：实施案例样品1的SEM图；图2：实施案例样品1的拉曼谱图；图3：实施案例样品1对甲基橙的降解曲线图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：℃称取1.755gNH4VO3(15mmol)溶解于50mL去离子水中，室温下磁力搅拌20分钟，可以获得奶白色悬浮液A；称取7.57gBi(NO3)3·5H2O，(15.6mmol)溶于50mL乙二醇溶液中；室温下磁力搅拌20分钟，获得澄清溶液B；将25mL奶白色悬浮液A直接倒入溶液B中，磁力搅拌的转速设置为800r/min，搅拌5分钟后转速调整为300r/min;将剩余的溶液A以5mL/min的速度继续倒入；结束后搅拌30分钟后将混合溶液转移至高压反应釜中；150℃条件下反应16h后取出；用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物4次；微波干燥15分钟后放入管式炉中；按照5℃/min的速率升温至550℃，煅烧120分钟，即可获得光催化性能良好的单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片；附图1为该实施案例样品的SEM图；附图2为该样品的拉曼光谱图；附图3为该样品对甲基橙的降解性能图。实施例2：称取1.755gNH4VO3(15mmol)溶解于50mL去离子水中，室温下磁力搅拌20分钟，可以获得奶白色悬浮液A；称取7.71gBi(NO3)3·5H2O(15.9mmol)溶于50mL乙二醇溶液中；室温下磁力搅拌20分钟，获得澄清溶液B；将25mL奶白色悬浮液A直接倒入溶液B中，磁力搅拌的转速设置为800r/min，搅拌5分钟后转速调整为300r/min;将剩余的溶液A以5mL/min的速度继续倒入；结束后搅拌30分钟后将混合溶液转移至高压反应釜中；150℃条件下反应16h后取出,用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物3次；微波干燥15分钟后放入管式炉中；按照5℃/min的速率升温至500℃，煅烧150分钟，即可获得光催化性能良好的单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片；实施例3：称取1.755gNH4VO3(15mmol)溶解于50mL去离子水中，室温下磁力搅拌20分钟，可以获得奶白色悬浮液A；称取7.42gBi(NO3)3·5H2O，(15.3mmol)溶于50mL乙二醇溶液中；室温下磁力搅拌20分钟，获得澄清溶液B；将25mL奶白本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将适量NH4VO3 溶解于一定体积的去离子水中，室温下磁力搅拌20分钟，形成浓度为0.3mol/L的奶白色悬浮液A；将适量Bi(NO)3·5H2O 溶解相同体积的乙二醇中，室温下磁力搅拌20分钟至溶液至澄清，得到溶液B；（2）将步骤（1）中一半奶白色悬浮液A的直接倒入B中，快速搅拌5分钟后，将剩余的部分在5分钟内匀速加入；搅拌30分钟；得到反应完全的混合溶液；（3）将混合溶液转移至聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在一定温度范围下；反应16h后取出，用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物3‑4次；（4）将冲洗干净的沉淀物微波干燥后，产物放入管式烧结炉中煅烧120‑180分钟，得到单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将适量NH4VO3溶解于一定体积的去离子水中，室温下磁力搅拌20分钟，形成浓度为0.3mol/L的奶白色悬浮液A；将适量Bi(NO)3·5H2O溶解相同体积的乙二醇中，室温下磁力搅拌20分钟至溶液至澄清，得到溶液B；（2）将步骤（1）中一半奶白色悬浮液A的直接倒入B中，快速搅拌5分钟后，将剩余的部分在5分钟内匀速加入；搅拌30分钟；得到反应完全的混合溶液；（3）将混合溶液转移至聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在一定温度范围下；反应16h后取出，用去离子水和无水乙醇交替冲洗沉淀物3-4次；（4）将冲洗干净的沉淀物微波干燥后，产物放入管式烧结炉中煅烧120-180分钟，得到单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片。2.根据权利要求1所述单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，步骤（1）B...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，卢静，涂兴龙，尹桂林，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31