一种零维Bi2WO6-二维MoSSe异质结催化剂及其制备和应用

一种零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂及其制备和应用
技术领域
1.本发明涉及一种零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂及其制备和应用。


背景技术：

2.bi2wo6是一种光电材料，已有报道通过水热合成能得到零维纳米粒状bi2wo6材料。这种零维纳米粒状bi2wo6材料，适合与一些纳米棒状、片状材料构建复合材料。mosse是一种二维纳米片状材料，具有合适的比表面积，表现出了比普通mose2和mos2材料更为优异的光电转换和催化性能。研究表明构建具有异质结结构的催化剂可以提高单一催化剂材料内部光生电子和空穴的分离率，进而改善传统单一催化剂材料催化活性的不足。未有报道能得到零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂，申请人发现主要是零维纳米粒状bi2wo6单一材料的禁带宽度较大、内部阻值较高、内部载流子分离传输效率也不高，如能将其与二维窄禁带mosse材料进行复合，有望得到性能增强的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂。然而，零维纳米粒状bi2wo6的合成条件和二维纳米片状mosse差异较大，兼容这两种纳米材料得到复合物存在一定困难，故而本发明提供了一种成熟可靠的方法制备出零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂并研究了其在光催化降解抗生素(盐酸四环素)及光电化学中的应用。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以提高传统单一催化剂光电转换性能及光催化性能的一种零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂的制备方法。
4.本发明为解决上述技术问题所提供的技术方案是：
5.本发明先制备零维纳米粒状bi2wo6，再对零维纳米粒状bi2wo6中加入na2moo4、na2seo3、硫代乙酰胺、水合肼、油酸酰胺、乙醇和水，水热反应即可得到零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂，其零维纳米粒状bi2wo6与二维纳米片状mosse形成复合；具体包括如下步骤：
6.步骤(1)、将na2wo4、bi(no3)3·
5h2o、十六烷基苯磺酸钠和乙二醇按照一定质量比混合，置于水热反应釜中进行水热反应；其中水热反应温度为160～200℃，恒温时间为16～20小时；na2wo4、十六烷基苯磺酸钠的质量比为1：(4～6)；
7.作为优选，na2wo4、bi(no3)3·
5h2o、乙二醇的质量比为1：(2～4)：50；
8.步骤(2)、将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水、酒精交替洗涤3次后在70～80℃下烘干4～6小时；
9.步骤(3)、将烘干后产物研磨成粉末，得到零维纳米粒状bi2wo6；
10.步骤(4)、将上述零维纳米粒状bi2wo6、na2moo4、na2seo3、硫代乙酰胺、水合肼、油酸酰胺、乙醇和水按照一定质量比混合成前驱液，置于水热反应釜中进行水热反应；其中水热反应温度为160～200℃，恒温时间为18～24小时；零维纳米粒状bi2wo6与油酸酰胺的质量比为10：(4～6)；
11.作为优选，零维纳米粒状bi2wo6、na2moo4、na2seo3、硫代乙酰胺、水合肼、乙醇和水
的质量比为10：(1～3)：(1～3)：(1～3)：(2～4)：30：30；
12.步骤(5)、将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水、酒精交替洗涤多次后烘干；
13.作为优选，洗涤次数为3次；
14.作为优选，烘干温度为70～80℃，烘干时间为4～6小时；
15.步骤(6)、将烘干后产物研磨成粉末，得到零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂。
16.本发明的另一个目的是提供一种零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂，包括bi2wo6基体和负载在所述bi2wo6上的mosse。
17.本发明的另一个目的是提供一种零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂作为光催化剂的应用。
18.作为优选，一种零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂在光催化降解抗生素(盐酸四环素)及光电化学中的应用。
19.本发明的有益效果是：采用na2wo4、bi(no3)3·
5h2o、十六烷基苯磺酸钠和乙二醇制备出零维纳米粒状bi2wo6，其零维纳米粒状结构易于与二维纳米片状mosse进行复合；采用na2moo4、na2seo3、硫代乙酰胺、水合肼、油酸酰胺、乙醇和水作为前驱体制备二维纳米片状mosse；其中十六烷基苯磺酸钠的加入可以缩小零维纳米粒状bi2wo6的尺寸，油酸酰胺的加入可以保证零维纳米粒状bi2wo6和二维纳米片状mosse形成零维-二维异质结复合结构，保证复合效果。本发明还提供了上述技术方案所述零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂或由上述技术方案所述制备方法制备得到的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂在光催化降解抗生素(盐酸四环素)及光电化学中的应用。
20.在本发明中，零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂能在可见光下产生光生电子-空穴对；光生电子会从bi2wo6的导带转移到mosse的导带上，光生空穴则会留在bi2wo6的价带上与溶液反应生成光催化降解所需的自由羟基，从而实现载流子的分离。通过这种方式，在提高了载流子分离效率的同时，也使得异质结催化剂拥有更长的使用寿命、更高的光催化和光电化学性能。
附图说明
21.图1为实施例1制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂的扫描电镜图(sem)；
22.图2为实施例2制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂的透射电镜图(tem)；
23.图3为实施例2制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂、以及零维bi2wo6、二维mosse在光催化降解盐酸四环素溶液的反应过程图；
24.图4为实施例2制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂、以及零维bi2wo6、二维mosse在光催化降解盐酸四环素溶液的降解率图；
25.图5为实施例2制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂、以及零维bi2wo6、二维mosse在光电化学测试中的光电流响应图；
26.图6为实施例3制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂、以及零维bi2wo6、二维mosse的x射线衍射图谱(xrd)。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明进一步阐述，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之内。
28.实施例1：
29.将1gna2wo4、2gbi(no3)3·
5h2o、4g十六烷基苯磺酸钠和50g乙二醇按照质量比1：2：4：50混合，置于水热反应釜中进行水热反应，水热反应温度为160℃，恒温时间为16小时；将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水、酒精交替洗涤3次后在70℃下烘干4小时；将烘干后产物研磨成粉末，得到零维纳米粒状bi2wo6；将上述10g零维纳米粒状bi2wo6、1gna2moo4、1gna2seo3、1g硫代乙酰胺、2g水合肼、4g油酸酰胺、30g乙醇和30g水按照质量比10：1：1：1：2：4：30：30混合成前驱液，置于水热反应釜中进行水热反应，水热反应温度为160℃，恒温时间为18小时；将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水、酒精交替洗涤3次后在70℃下烘干4小时；将烘干后产物研磨成粉末，得到零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂。
30.图1为实施例1制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂的扫描电镜图(sem)；从中可以看出，实施例1制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂中零维纳米粒状bi2wo6和二维纳米片状mosse分布均匀且复合结构较好，表明零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂已经形成。
31.实施例2：
32.将1gna2wo4、3gbi(no3)3·
5h2o、5g十六烷基苯磺酸钠和50g乙二醇按照质量比1：3：5：50混合，置于水热反应釜中进行水热反应，水热反应温度为180℃，恒温时间为18小时；将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水、酒精交替洗涤3次后在80℃下烘干5小时；将烘干后产物研磨成粉末，得到零维纳米粒状bi2wo6；将上述10g零维纳米粒状bi2wo6、2gna2moo4、2gna2seo3、2g硫代乙酰胺、3g水合肼、5g油酸酰胺、30g乙醇和30g水按照质量比10：2：2：2：3：5：30：30混合成前驱液，置于水热反应釜中进行水热反应，水热反应温度为180℃，恒温时间为20小时；将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水、酒精交替洗涤3次后在80℃下烘干5小时；将烘干后产物研磨成粉末，得到零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂。
33.图2为实施例2制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂的透射电镜图(tem)；从中可以看出，实施例2制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂具有良好的复合结构，其中0.637nm的晶格间距可对应为mosse的(002)平面以及0.315nm的晶格间距可对应为bi2wo6的(131)平面。
34.将实施例2制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂进行光催化降解抗生素(盐酸四环素)及光电化学测试，以评估其催化性能。图3～5表明通过所述制备方案制备得到的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂的光催化降解、光电化学中光电流响应性能明显增强,其光催化降解盐酸四环素的降解率和光电流密度分别是单品bi2wo6的2.4和2.9倍。
35.光催化降解测试：室温下，将20mg催化剂样品分散至浓度为4
×
10-5
mol/l的100ml盐酸四环素溶液中。将混合后的溶液先于暗环境静置1h，以达到吸附-脱附平衡，后将样品混合液在300w氙灯照射下用磁搅拌器搅拌。在光催化降解过程中，每隔20分钟提取3ml溶液，借助紫外分光光度计表征提取液中357nm波长处的液体浓度，以获得降解浓度数据和加
以分析处理。
36.实施例3：
37.将1gna2wo4、4gbi(no3)3·
5h2o、6g十六烷基苯磺酸钠和50g乙二醇按照质量比1：4：6：50混合，置于水热反应釜中进行水热反应，水热反应温度为200℃，恒温时间为20小时；将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水、酒精交替洗涤3次后在80℃下烘干6小时；将烘干后产物研磨成粉末，得到零维纳米粒状bi2wo6；将上述10g零维纳米粒状bi2wo6、3gna2moo4、3gna2seo3、3g硫代乙酰胺、4g水合肼、6g油酸酰胺、30g乙醇和30g水按照质量比10：3：3：3：4：6：30：30混合成前驱液，置于水热反应釜中进行水热反应，水热反应温度为200℃，恒温时间为24小时；将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水、酒精交替洗涤3次后在80℃下烘干6小时；将烘干后产物研磨成粉末，得到零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂。
38.图6为实施例3制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂的x射线衍射图谱(xrd)；从中可以看出，实施例3制备的零维bi2wo
6-二维mosse异质结催化剂的主要衍射峰与零维bi2wo6基底的峰位相近，结晶性良好。