本发明专利技术公开一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4及其制备方法，所述的具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4，按质量比计算，即纳米多孔BiVO4材料：有序的宏观基体材料为40-60：100的比例，将纳米多孔BiVO4材料负载在有序的宏观基体材料上而形成的一种宏观结构与微观结构相结合的纳米多孔BiVO4材料。其制备方法，即采用化学沉积法在有序的宏观基体材料上合成纳米碳纤维，然后以固化在宏观基体材料上的纳米碳纤维为模板负载纳米多孔BiVO4，然后煅烧除去纳米碳纤维模板即得具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4。所得的具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4材料具有取向性好、形貌和结构可控等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4及其制备方法，属于无机材料领域。
技术介绍
钒酸铋(BiVO4)具有耐腐蚀性好、铁弹性、声光转换、热致变色和离子导电等优良特性，因而在气敏传感器、正热敏电阻、可充电的锂离子电池的阳极材料、固体氧化燃料电池的阴极材料及无毒高性能无机颜料等方面具有很重要的应用前景。最近研究还发现，BiVO4作为一种具有可见光响应的新型半导体光催化剂用于可见光下分解水和降解有机污染物，已成为当前环境领域研究的热点。它的光催化性能与晶型、结晶度、颗粒尺寸、结构和形貌等有关。目前已经报道的BiVO4的制备方法有多种，比如:高温固相合成法、溶胶凝胶法、水热法、共沉淀法、超声化学法、金属有机物热分解法、微波法等。利用上述诸方法制备出的BiVO4样品主要以纳米粉末状态存在，而粉末状催化剂在使用中会存在很多不利弊端，例如压力降和热传递问题、以及接触效率低和催化剂难于分离等。因此，发展一种有序定向生长纳米BiVO4的制备技术，以期获得大量、取向性好、t匕表面积高、形貌和结构可控的样品则越来越受到广大研究者们的关注。纳米碳纤维作为一种新型的碳材料，可以通过工艺简单、成本低廉的化学气相沉积(CVD)法制备得到。它不仅具有缺陷数量少、比表面积大、长径比大等优点，还兼具低密度、高比模量、高比强度、高导电性、高导热性以及结构致密等特性。另外，纳米碳纤维在成本和产量上与碳纳米管相比具有绝对的优势。目前纳米碳纤维在催化剂和催化剂载体、高效吸附剂、分离剂、超强复合材料、储氢材料、吸波材料等领域具有广泛的应用前景。尤其是近年来纳米碳纤维作为一 种新兴的模板材料，其应用前景十分广阔。采用纳米碳纤维模板技术可以调控制备出纳米多孔BiVO4，该法同时可以实现将纳米BiVO4固化在各种有序结构的宏观基体材料上，而且通过优化制备条件，最终可以得到高质量有序结构宏观基体与微观颗粒复合的多孔材料，该类材料将具有很强的吸附和催化性能，可以规避使用传统纳米粉末催化剂所带来的各种弊端，能更为有效地实现可见光下催化分解水和降解有机污染物，因而具有潜在的实际应用前景，目前尚未见到有关这方面工作的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiV04。本专利技术的目的之二是提供上述的一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4的制备方法。本专利技术的技术方案一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4，按质量比计算，即纳米多孔BiVO4材料:有序的宏观基体材料为40-60:100的比例，将纳米多孔BiVO4材料负载在有序的宏观基体材料上而形成的一种宏观结构与微观结构相结合的纳米多孔BiVO4材料； 所述的纳米多孔BiVO4材料的平均的晶粒尺寸约为400-700 nm ； 所述的有序结构的宏观基体为SiO2棒状纤维、蜂窝陶瓷体或多孔阳极氧化铝膜等，本专利技术在一优选的实施例中仅以有序结构的宏观基体SiO2棒状纤维进行举例，但并不限制有序结构的宏观基体材料如蜂窝陶瓷体或多孔阳极氧化铝膜等在制备具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4中的应用。上述的一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4的制备方法，即采用化学沉积法在有序的宏观基体材料上合成纳米碳纤维，然后以固化在宏观基体材料上的纳米碳纤维为模板负载纳米多孔BiVO4,然后煅烧除去纳米碳纤维模板，即得具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4，其制备过程具体包括如下步骤: (1)、在有序结构的宏观基体材料上合成纳米碳纤维； ①、采用浸溃法制备NiO/有序结构宏观基体整体催化剂 将有序结构宏观基体材料浸溃在以乙醇为溶剂的0.3 mol/L的Ni (NO3)2.6H20乙醇溶液中10 min，然后进行真空抽滤、干燥，除去有序结构宏观基体材料表面过剩Ni (NO3)2.6H20乙醇溶液，然后放入石英反应管中反应体系的恒温区，经300 °C焙烧后得到NiO/有序结构宏观基体整体催化剂；所述的NiO/有序结构宏观基体整体催化剂中Ni的含量按质量比计算，即N1:有序结构宏观基体材料为5:100 ; ②、采用化学气相沉积法在有序结构宏观基体上制备纳米碳纤维在步骤①焙烧得到NiO/宏观基体整体催化剂后随之通入氮气保护并同时将石英反应管中反应体系300 °C升至550-600 °C，然后常压下通入流量为200-400 mL/min的CH4、C2H4或CO等含碳气体，时间2-3 h以进行纳米碳纤维的生长，然后通入15-30 min N2以吹走余量的CH4X2H4或CO等含碳气体，最后将反应体系冷却至室温即得到固化在宏观基体材料上的纳米碳纤维； (2)、以固化在宏观基体材料上的纳米碳纤维为模板为模板合成纳米多孔BiVO4； 将步骤(I)所得的固化在宏观基体材料上的纳米碳纤维浸溃在Bi和V的金属盐的乙醇-硝酸溶液中，并将其一并转入水热反应釜中，控制反应温度在120-180 °C，时间12-18 h进行反应，随后在真空抽滤装置的作用下依次用去离子水和乙醇洗涤3-5次，经120 1:干燥处理4-6 h，最后在空气中600-650 °C下焙烧用以去除纳米碳纤维模板，最终得到具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4材料； 所述的Bi和V的金属盐的乙醇-硝酸溶液，即按质量比计算，即Bi (NO3)3 *6H20:NH4VO3为4.19:1的比例，首先将Bi (NO3) 3 *6H20加入到含有浓硝酸的乙醇溶液中，在磁力搅拌器下搅拌均匀后加入NH4VO3粉末继续搅拌，即得到浓度为0.05-0.2 mol/L的Bi和V的金属盐的乙醇-硝酸溶液； 所述的含有浓硝酸的乙醇 溶液，浓硝酸与乙醇的体积比为1:14-20 ;乙醇中加入适量的浓硝酸是为了抑制Bi3+的水解。本专利技术的有益效果 本专利技术的一种具有有序结构的纳米多孔BiVO4，是一种宏观基体与微观粒子相复合的纳米多孔材料BiVO4，采用纳米碳纤维模板法将纳米多孔BiVO4固化在不同类型的宏观基体材料上，并且通过控制化学气相沉积的条件可以有效地调控纳米碳纤维模板的形成，进而有效地调控纳米多孔BiVO4的形成，因此本专利技术的一种具有有序结构的纳米多孔BiVO4具有大量、取向性好，形貌可控等优点，可以面向特定应用。进一步，本专利技术的具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4，是一种宏观基体与微观粒子相复合的纳米多孔材料，具有很强的吸附和催化性能，可以代替使用传统纳米粉末催化齐IJ所带来的各种弊端，例如压力降和热传递问题、以及接触效率低和催化剂难于分离等，因而具有潜在的应用前景。进一步，本专利技术的具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4M料的制备方法，即首先采用化学气相沉积法(CVD)合成碳纳米纤维模板，然后以纳米碳纤维为模板将纳米多孔BiVO4材料有序结构的宏观基体材料上，然后焙烧去除纳米碳纤维，最终而制得固化在宏观基体材料上的纳米多孔BiVO4，因此，其制备工艺简单、生产成本低廉、且重复性高，通过控制化学气相沉积的条件可以有效地调控碳纳米纤维模板的形成，进而调控具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4材料。附图说明图la、固化在SiO2纤维上的纳米碳纤维放大5000倍的扫描电镜SEM 图lb、固化在SiO2纤维上的纳米碳纤维放大40000倍的扫描电镜SEM 图2、固化在S本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4，其特征在于所述的具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4，按质量比计算，即纳米多孔BiVO4材料：有序的宏观基体材料为40?60：100的比例，将纳米多孔BiVO4材料负载在有序的宏观基体材料上而形成的一种宏观结构与微观结构相结合的纳米多孔BiVO4材料。
【技术特征摘要】
1.一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4，其特征在于所述的具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4，按质量比计算，即纳米多孔BiVO4材料:有序的宏观基体材料为40-60:100的比例，将纳米多孔BiVO4材料负载在有序的宏观基体材料上而形成的一种宏观结构与微观结构相结合的纳米多孔BiVO4材料。2.如权利要求1所述的一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4，其特征在于所述的纳米多孔BiVO4材料的平均的晶粒尺寸约为400-700 nm ;所述的有序结构的宏观基体为SiO2棒状纤维、蜂窝陶瓷体或多孔阳极氧化铝膜。3.如权利要求2所述的一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4,其特征在于所述的纳米多孔BiVO4材料:有序的宏观基体材料为56:100。4.如权利要求1、2或3所述的一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4的制备方法，其特征在于即采用化学沉积法在有序的宏观基体材料上合成纳米碳纤维，然后以固化在宏观基体材料上的纳米碳纤维为模板负载纳米多孔BiVO4,然后煅烧除去纳米碳纤维模板，即得具有有序宏观结构的纳米多孔BiV04。5.如权利要求4所述的一种具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO4的制备方法，其特征在于所述的采用化学沉积法在有序的宏观基体材料上合成纳米碳纤维具体包括如下步骤: ①、采用浸溃法制备NiO/有序结构宏观基体整体催化剂 将有序结构宏观基体材料浸溃在以乙醇为溶剂的0.3 mol/L的Ni (NO3)2.6H20乙醇溶液中10 min，然后进行真空抽滤、干燥，除去有序结构宏观基体材料表面过剩Ni (NO3)2.6H20乙醇溶液，然后放入石英反应管中反应体系的恒温区，经300 °C焙烧后得到NiO/有序结构宏观基体整体催化剂； 所述的NiO/有序结构宏观基体整体催化剂中Ni的含量按质量比计算即，N1:有序结构宏观基体材料为5:10...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴强，赵立，韩若冰，姚伟峰，张静，钮付涛，张博，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：
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