納米晶體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米晶體及其制備方法，具體涉及一種具有可見(jiàn)光響應(yīng)能力的Bi2Sn207納米晶體及其制備方法，屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題已成為當(dāng)今世界的兩大難題，半導(dǎo)體氧化物光催化的多相催化技術(shù)已被認(rèn)為是開(kāi)發(fā)新能源及治理環(huán)境污染問(wèn)題的有效方法之一，在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用前景引起了強(qiáng)烈的研究興趣。其中，二氧化鈦在環(huán)境污染治理技術(shù)及光照水解制氫等方面的研究取得了很大進(jìn)展，但由于其寬帶隙(3.6eV)使得二氧化鈦只能被紫外光激發(fā)，且激發(fā)后產(chǎn)生的電子空穴易復(fù)合，使得光量子效率大大降低，降低了二氧化鈦光催化活性。這兩個(gè)固有的缺陷極大地限制了二氧化鈦的實(shí)際應(yīng)用。
[0003]近年來(lái)，一系列具有良好的可見(jiàn)光催化性能的含鉍光催化材料成為光催化的研究熱點(diǎn)，含鉍光催化材料屬于非Ti02半導(dǎo)體光催化材料中的一種，鉍基氧化物如Bi 203、Bi#06、Bi0Cl、BiP04、BiV04、Bi2Ti207等不僅可利用可見(jiàn)光激發(fā)，而且由于具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，在光催化性能方面呈現(xiàn)出較高的活性。Bi3+離子具有5dl06s26p0的電子構(gòu)型，Bi6s軌道與0 2p軌道相互作用導(dǎo)致較小的帶隙和較分散的價(jià)帶，從而形成較輕的空穴有效質(zhì)量，有利于光生空穴的迀移。此外，Bi (III)氧化態(tài)的6s軌道與6p軌道雜化形成的孤電子對(duì)具有立體化學(xué)活性，低對(duì)稱(chēng)性的晶體結(jié)構(gòu)的形成與孤電子對(duì)密切相關(guān)，兩者在光催化氧化過(guò)程有重要影響。例如，三斜晶系的扮他04比其他兩種晶相表現(xiàn)出更高的光催化活性。因此，通過(guò)控制制備原料及條件開(kāi)發(fā)制取過(guò)程簡(jiǎn)便、催化活性高的不同鉍基催化劑仍具有重要意義。鉍基多元金屬氧化物有望發(fā)展成高活性可見(jiàn)光響應(yīng)光催化材料。
[0004]錫酸鉍是一種燒綠石型復(fù)合氧化物結(jié)構(gòu)的催化劑，化學(xué)式為Bi2Sn207，其結(jié)構(gòu)中B1-Ο層為Sn-Ο層提供扭曲的結(jié)構(gòu)骨架，常被描述成SnOjV面體和OBi 2四面體兩套氧化物亞晶格相互穿插的形式。這種扭曲結(jié)構(gòu)在能量上有利于Sn原子的還原，Bi原子的存在也提高了燒綠石的催化活性。因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，Bi2Sn207體現(xiàn)出了較強(qiáng)的可見(jiàn)光吸收能力，受到了研究者的廣泛關(guān)注。為了更好的開(kāi)發(fā)利用錫酸鉍的光催化性能降解，研究者們開(kāi)發(fā)了多種形貌的錫酸鉍光催化材料，目前研究的有棒狀的和球狀錫酸鉍光催化材料。但是關(guān)于具有可見(jiàn)光響應(yīng)能力的納米晶體錫酸鉍報(bào)道還較為少見(jiàn)。
[0005]本發(fā)明以檸檬酸鉍作為鉍源，利用檸檬酸根與鉍離子的絡(luò)合作用，緩慢釋放鉍離子，通過(guò)控制反應(yīng)速率從而可有效制備Bi2Sn207納米晶體，該Bi 2Sn207納米晶體可用于大氣污染氣體去除，具有優(yōu)越的光催化活性和實(shí)際應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種具有可見(jiàn)光響應(yīng)能力的Bi2Sn207納米晶體。
[0007]本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種制備前述Bi2Sn207納米晶體的方法，該制備方法以檸檬酸鉍作為鉍源，利用檸檬酸根與鉍離子的絡(luò)合作用，緩慢釋放鉍源，通過(guò)控制反應(yīng)速率從而可有效制備Bi2Sn207納米晶體，工藝簡(jiǎn)單、可控。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0009]—種制備具有可見(jiàn)光響應(yīng)能力的Bi2Sn207納米晶體的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]Stepl:將五水合四氯化錫與氫氧化鈉溶液混合，反應(yīng)片刻后得到澄清溶液；
[0011 ] Step2:向St印1所得澄清溶液中加入檸檬酸鉍得到前驅(qū)體懸濁液；
[0012]St印3:將St印2得到的前驅(qū)體懸濁液在160-200°C下水熱反應(yīng)12_36h，再經(jīng)后處理即得到具有可見(jiàn)光響應(yīng)能力的Bi2Sn207納米晶體。
[0013]前述的制備方法，其特征在于，在Stepl中，前述氫氧化鈉溶液的濃度為l_3mol/L，五水合四氯化錫與氫氧化鈉的摩爾比為1:35-105。
[0014]前述的制備方法，其特征在于，在Step2中，加入的檸檬酸鉍與五水合四氯化錫的摩爾比為1:1。
[0015]前述的制備方法，其特征在于，在Step3中，水熱反應(yīng)在密閉的反應(yīng)釜中進(jìn)行。
[0016]前述的制備方法，其特征在于，在Step3中，前述后處理的具體過(guò)程為:將反應(yīng)釜內(nèi)膽取出，置于空氣中自然冷卻，然后取出產(chǎn)物，經(jīng)離心、去離子水清洗和無(wú)水乙醇清洗后，60 °C烘干過(guò)夜。
[0017]本發(fā)明的有益之處在于:
[0018](1)本發(fā)明的制備方法:選取檸檬酸鉍為鉍源，通過(guò)對(duì)水熱反應(yīng)條件的精確調(diào)控，制備得到了 20-30nm的Bi2Sn207納米晶體，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，易于控制，成本低，易于規(guī)?；a(chǎn)，此外，制備過(guò)程不需要添加表面活性劑，減少了產(chǎn)物后處理過(guò)程；
[0019](2)本發(fā)明的Bi2Sn207納米晶體:對(duì)N0表現(xiàn)出很好的降解性能，模擬太陽(yáng)光照射10分鐘N0去除率可高達(dá)34%，在環(huán)境治理方面有著廣闊應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是實(shí)施例1制備的Bi2Sn207納米晶體的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
[0021]圖2是實(shí)施例2制備的Bi2Sn207納米晶體的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
[0022]圖3是實(shí)施例3制備的Bi2Sn207納米晶體的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
[0023]圖4是實(shí)施例1、2、3制備的Bi2Sn207納米晶體每分鐘光催化降解N0的降解率-時(shí)間曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。
[0025]實(shí)施例1
[0026]Stepl:首先配制濃度為2mol/L的氫氧化鈉溶液備用，然后稱(chēng)取lmmol五水合四氯化錫，將五水合四氯化錫溶解于35ml已配制好的氫氧化鈉溶液中(此時(shí)五水合四氯化錫與氫氧化鈉的摩爾比為1:70)，室溫?cái)嚢杵?，得到澄清溶液?br>[0027]Step2:稱(chēng)取lmmol檸檬酸鉍，將其加入St印1所得澄清溶液中，充分?jǐn)嚢鑜h，得到前驅(qū)體懸濁液。
[0028]St印3:將St印2得到的前驅(qū)體懸濁液加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，反應(yīng)釜的填充度為50%，將裝有反應(yīng)物的反應(yīng)釜內(nèi)膽密閉于不銹鋼卡套中，在200°C下水熱反應(yīng)12h，然后將反應(yīng)釜內(nèi)膽取出，置于空氣中自然冷卻，冷卻后取出產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)離心、去離子水清洗和無(wú)水乙醇清洗后，60 V烘干過(guò)夜。
[0029]經(jīng)檢測(cè)所得產(chǎn)物即為Bi2Sn207。
[0030]對(duì)得到的產(chǎn)物Bi2Sn207進(jìn)行SEM測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖1所示。
[0031]從圖1中可以看出，所得到的Bi2Sn207粉末均為納米級(jí)晶體，納米晶體的尺寸在20-30nm范圍內(nèi)，說(shuō)明該制備方法可以成功獲得納米級(jí)Bi2Sn207晶體。
[0032]實(shí)施例2
[0033]Stepl:首先配制濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液備用，然后稱(chēng)取lmmol五水合四氯化錫，將五