一种BiFeO3/Bi2WO6二维单晶异质结光催化剂及制备方法、应用

本发明涉及二维复合材料，特别是一种bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂及制备方法、应用。

背景技术：

1、正交钨酸铋(bi2wo6，bwo)作为可见光光催化剂中最有前途的催化剂之一，是催化领域的一个研究热点，具有较好的光催化性能，但在实际应用中，人们对钨酸铋的可见光响应区域并不满意(≤450nm)，其电子输运性能较低，光生电子-空穴复合速率很快。从材料结构上来看，首先纳米钨酸铋材料太小，在光催化反应后很难再回收；其次钨酸铋为层状材料，其形貌容易受到合成时条件的影响，容易形成片状堆叠的球形花状、片层、块状；这种紧密堆砌的结构，将大大减小它的比表面积，从而影响钨酸铋光催化效率。因此，提高钨酸铋光催化效率并解决回收利用的问题成为人们关注的焦点。

2、通过复合界面的方式对催化剂进行改性已被证实为一种有效的方式。特别是以异质结或者界面为基础的光催化材料与单相的光催化材料相比，在光催化性能方面显示出明显的优势。其提高的主要原因是因为界面处的晶格和能带位置相互匹配，有效地分离了光生电子与光生空穴。bifeo3(bfo)具有较小的禁带宽度(2.0-2.8ev)，在光催化方面具有一定优势，一是它光吸收范围宽，将铁酸铋与钨酸铋纳米材料复合后，能够提高钨酸铋光催化反应的效率，有利于提高光催化降解有机物的选择性。二是铁酸铋具有磁性便于回收，有效地解决了提高催化剂的回收循环使用的应用问题。三是铁酸铋和钨酸铋都含有铋元素，钨酸铋可以在铁酸铋衬底上进行外延生长，复合之后可能会获得特殊界面结构，提高载流子的分离效率，同时解决钨酸铋生长堆叠后比表面积小的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂及制备方法、应用。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、一种bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂的制备方法，包括有如下制备步骤：

4、1)制备含有铋和钨的羟基氧化物沉淀的悬浮液；

5、2)将步骤1)制备得到的悬浮液转移到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的悬浮液体积至反应釜内胆容积的70～90％，搅拌均匀，得到混合溶液；

6、3)向步骤2)制备得到的混合溶液中加入铁酸铋单晶纳米片，搅拌均匀，得到反应物料；

7、4)将步骤3)中配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜内，密封，150～200℃下保温4.5～24h进行水热处理；

8、5)水热反应完成后，让反应釜自然冷却到室温，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤、烘干，即得bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂；

9、所述步骤1)中，含有铋和钨的羟基氧化物沉淀的悬浮液的制备步骤为：

10、s1：配置硝酸铋-稀硝酸溶液；配置钨酸钠水溶液；

11、s2：将s1配置的两种溶液混合，搅拌均匀，得到混合溶液；

12、s3：向s2制备得到的混合溶液中加入氢氧化钾水溶液，调节溶液ph＝6，常温充分搅拌后即得含有铋和钨的羟基氧化物沉淀的悬浮液；

13、所述步骤s1的具体步骤为，按摩尔比2：1计量称取硝酸铋和钨酸钠，将硝酸铋溶于浓度为15％稀硝酸中，即得硝酸铋-稀硝酸溶液；钨酸钠溶于去离子水中，即得钨酸钠水溶液；

14、所述钨酸钠与铁酸铋的摩尔比为0.05～0.2:1；

15、本发明还提供一种bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂，采用上述的方法制备得到，其中，钨酸铋能够在铁酸铋单晶纳米片上间隔分布，且呈现垂直于铁酸铋的片状结构生长。

16、上述bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂用于在可见光下催化降解亚甲基蓝、罗丹明。

17、钙钛矿相铁酸铋单晶纳米片可采用中国专利cn102877130b授权的方法制备获得。

18、本发明具有以下优点：

19、1、本发明工艺在实施过程中，没有引入其他杂质离子，水热反应后只需要用去离子水和乙醇洗涤即可；

20、2、利用水热反应制备了一种具有特殊结构的bifeo3/bi2wo6单晶异质结，由于铁酸铋和钨酸铋晶格能够匹配，使得钨酸铋能够在铁酸铋单晶纳米片上间隔分布，且呈现垂直于铁酸铋的片状结构生长，而不是常见的多层钨酸铋纳米片堆叠在一起的形貌结构，这样的形貌特征使得钨酸铋具有较大的比表面积，从而进一步提高催化效率；

21、3、将铁酸铋与钨酸铋复合后，有效地分离了光生电子与光生空穴，提高载流子的分离效率，从而提高光催化性能；另一方面，铁酸铋颗粒较大，具有弱磁性，便于回收，可以有效解决提高钨酸铋催化剂的回收循环使用的应用问题；

22、4、本发明制备的bifeo3/bi2wo6单晶异质结光催化剂，能够在可见光下5h内降解92％的亚甲基蓝(mb)，可见光下8h内降解60％的罗丹明b。

技术特征：

1.一种bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括有如下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的一种bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，含有铋和钨的羟基氧化物沉淀的悬浮液的制备步骤为：

3.根据权利要求2所述的一种bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s1的具体步骤为，按摩尔比2：1计量称取硝酸铋和钨酸钠，将硝酸铋溶于浓度为15％稀硝酸中，即得硝酸铋-稀硝酸溶液；钨酸钠溶于去离子水中，即得钨酸钠水溶液。

4.根据权利要求3所述的一种bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述钨酸钠与铁酸铋的摩尔比为0.05～0.2:1。

5.一种bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂，其特征在于：采用权利要求1-4项中任一项所述的方法制备得到。

6.根据权利要求5所述的bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂，其特征在于：钨酸铋能够在铁酸铋单晶纳米片上间隔分布，且呈现垂直于铁酸铋的片状结构生长。

7.一种权利要求5-6项中任一项所述bifeo3/bi2wo6二维单晶异质结光催化剂的应用，其特征在于：用于在可见光下催化降解亚甲基蓝、罗丹明。

技术总结
本发明公开了一种BiFeO<subgt;3</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;二维单晶异质结光催化剂的制备方法，包括有如下制备步骤：1)制备含有铋和钨的羟基氧化物沉淀的悬浮液；2)将步骤1)制备得到的悬浮液转移到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的悬浮液体积至反应釜内胆容积的70％～90％，搅拌均匀，得到混合溶液；3)向步骤2)制备得到的混合溶液中加入铁酸铋单晶纳米片，搅拌均匀，得到反应物料；4)将步骤3)中配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜内，密封，150～200℃下保温4.5～24h进行水热处理；5)水热反应完成后，让反应釜自然冷却到室温，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤、烘干，即得BiFeO<subgt;3</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;二维单晶异质结光催化剂。

技术研发人员：杨鑫,韩高荣,任召辉,周迪逵
受保护的技术使用者：云南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13