混合溶剂热法制备BiVO4及其形貌与光催化性能调控

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禁带宽度为2.4eV的单斜相BiVO4晶体,可以作为可见光响应光催化剂材料,受到了研究者们的广泛关注。本文分别采用Bi(NO3)3·5H2O和NaVO3作为Bi源和V源,油胺(OM)作为表面活性剂,使用两种不同混合反应介质的混合溶剂热法制备单斜相BiVO4晶体。利用XRD、FESEM、BET、EDS和UV-vis等表征方法对所制备的BiVO4晶体的物相、微观形貌、可见光响应性能等进行了表征分析,并利用光催化降解亚甲基蓝溶液实验,对样品光催化性能进行了分析,研究了工艺参数对晶体形貌的调控作用和对光催化性能的影响。实验结果如下:1.选用混合溶剂热法,分别利用甲苯-水二组分混合反应介质和甲苯-水-乙醇三组分混合反应介质,制备得到花球状、红细胞状、片状、飞梭状、六面体状、球状、短棒状等形貌的单斜白钨矿相BiVO4晶体;并且制备得到的晶体形貌易被调控,光催化活性较高。2.在二组分反应介质下:1)、控制反应温度T=160℃,反应时间t=20h,水油比W/T=30/30。调节水相pH值由酸性到中性,晶体形貌由米粒状变为表面光滑的片状、化石岩片状、红细胞状、颗粒组成的圆饼状,当pH值较低时合成的BiVO4晶体尺寸较小。2)、控制反应时间t=20h,水油比W/T=30/30,水相pH=2。调节反应温度由140℃提高到160℃,晶体结晶度提高,形状由团聚的颗粒状变为层叠堆积的片状。3)、控制反应时间t=20h,水油比W/T=30/30,水相pH=6。温度由140℃提高到180℃,晶体由短棒状变为红细胞状,飞梭状。4)、控制反应温度T=160℃,反应时间t=20h,水相pH=6。水油比W/T值由30/30依次变为40/20、50/10、20/40和10/50,制备得到的BiVO4晶体呈现出红细胞状、花球状、飞梭状等形貌;随着水油比值的增大,BiVO4晶体尺寸有所增大。其中形貌比较特殊的红细胞状(W/T=30/30)和花球状(W/T=20/40)(W/T=40/20)BiVO4晶体,具有较高的比表面积,表现出最好的光催化活性(81%、85%、87%)。3.在三组分反应介质下:1)、控制反应温度T=160℃,反应时间t=20h。以5mL为一个梯度调节乙醇组分加入量从5mL到25mL,制备得到球状,六面体状晶体,尺寸较为均一(100—200nm),且光催化性能良好(69%—81%)。当乙醇加入量为15mL时制备的晶体具有较好的光催化性能(75%)。2)、控制反应时间t=20h,乙醇加入量为15mL。当反应温度由120℃提高到160℃,能很好地制备出单斜相BiVO4晶体,并且晶体样品具有较好的光催化性能(72%、78%、81%)。当温度提高到180℃时,制备得到的晶体中出现了四方锆石相晶体,且光催化性能有所下降(69%)。
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