光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種四面體或立方體形貌的Bi24Ga2O39光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光催化技術(shù)作為一種高級(jí)氧化技術(shù)，能夠有效利用太陽(yáng)光在溫和的工作環(huán)境中將污染物深度礦化、處理徹底，且不產(chǎn)生二次污染，在環(huán)境污染控制領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。在眾多的光催化材料中，T12以其成本低廉、具有超強(qiáng)氧化還原能力及相對(duì)較高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)前最受關(guān)注的光催化材料之一。但是，大量的研究結(jié)果表明，以T12為代表，很多傳統(tǒng)催化劑并不完全具備可持續(xù)性發(fā)展的潛力，而其中重要的原因之一就是T12能帶較寬，只能夠被紫外光激活，這導(dǎo)致其對(duì)太陽(yáng)能的利用率較低。另一方面，T12較低的量子效率也嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。因此，開(kāi)發(fā)新型具有可見(jiàn)光活性的高性能光催化材料，并早日實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化的是光催化技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。
[0003]近幾年來(lái)軟鉍礦材料(Bi12MO2Q)，因其晶體結(jié)構(gòu)中存在大量氧空位及離子空位，使得具有獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性能，從而引起眾多學(xué)者的關(guān)注，如Bi25FeO4^Bi12T120,Bi24Al2C>39，Bii2Ge02o，Bi24Ga2C>39。研究表明，該結(jié)構(gòu)可以理解為子進(jìn)入γ -Bi2C>3，具有γ -Bi2O3固有的大量氧空位和離子空位的晶體結(jié)構(gòu)，M離子進(jìn)入Y-Bi2O3,—方面穩(wěn)定了晶體結(jié)構(gòu)，另一方面促進(jìn)了電子與空穴的分離，這導(dǎo)致軟鉍礦晶體能帶結(jié)構(gòu)中存在缺陷能級(jí)，有利于可見(jiàn)光的吸收，同時(shí)也有利于光催化性能的提高，而軟鉍礦中立方晶系的Bi 24Ga2039的應(yīng)用前景備受關(guān)注。Bi24Ga2O39光催化劑對(duì)光的吸收閾值大于420nm，具有活性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，寬光譜響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，使得其成為目前極具潛力的可見(jiàn)光光催化劑之一。Lin等采用固相法以Bi2O3和Ga2O3為原料制備了Bi24Ga2O39粉體，所得產(chǎn)物在紫外和可見(jiàn)光條件下對(duì)有機(jī)污染物亞甲基藍(lán)的光催化效果比金紅石相Ti02的效果更好(Lin，et，al.Scripta Mater.,2007,56,189-192)。
[0004]研究表明，催化劑晶體的形貌也是影響光催化反應(yīng)活性的重要因素。而具有四面體和立方體形貌的光催化劑具有晶面光催化活性高以及光吸收率較高等優(yōu)點(diǎn)，受到了人們的極大關(guān)注。目前，關(guān)于Bi24Ga2O39光催化劑的形貌控制研究非常有限，尤其是制備具有四面體或立方體形貌的Bi24Ga2O39光催化劑目前尚未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種四面體或立方體形貌的Bi24Ga2O39光催化劑及其制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種四面體或立方體形貌的Bi24Ga2O39光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)將氧化鉍和氧化鎵按照摩爾比12:1的比例溶于堿性溶液中，得到混合溶液；
[0009](2)將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫；
[0010](3)將步驟(2)所得反應(yīng)產(chǎn)物洗滌、干燥后，得到形貌為四面體或長(zhǎng)方體的Bi ^Ga2O39光催化劑。
[0011 ]上述方案中，所述堿性溶液為氫氧化鈉溶液或氨水溶液。
[0012]上述方案中，所述氫氧化鈉溶液的濃度為0.1?lmol/L，其中，氫氧化鈉與氧化鎵的摩爾比為7:1?70:1。
[0013]上述方案中，所述氨水溶液的質(zhì)量濃度為3.57%?4%，以ImmoI氧化鎵為基準(zhǔn)，所述氨水溶液的用量為70ml。
[0014]上述方案中，所述水熱反應(yīng)的溫度為160°C?200°C，反應(yīng)時(shí)間為6h?24h。
[0015]上述方案中，所述干燥的溫度為70°C，干燥時(shí)間為6h。
[0016]本發(fā)明的有益效果如下:(1)本發(fā)明所獲得的四面體或立方體狀Bi24Ga2O39光催化劑的催化活性高，在光催化領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景；⑵本發(fā)明方法所制備的Bi24Ga2O39光催化劑結(jié)晶度好、純度高，且可以通過(guò)改變礦化劑的濃度和種類(lèi)來(lái)控制Bi24Ga2O39光催化劑的形貌；(3)本發(fā)明采用水熱法制備四面體或立方體狀Bi24Ga2O39光催化劑，所述制備方法具有操作簡(jiǎn)單、安全、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
:
[0017]圖1為本發(fā)明制備的Bi24Ga2O39光催化劑的XRD譜圖，圖1中曲線(xiàn)(a)、(b)和(C)分別為實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3制備得到的Bi24Ga2O39光催化劑的XRD譜圖。
[0018]圖2為本發(fā)明制備的Bi24Ga2O39光催化劑的SEM照片，圖2中(a)、(b)和(c)分別為實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3制備得到的Bi24Ga2O39光催化劑SEM照片。
[0019]圖3為本發(fā)明制備的Bi24Ga2O39光催化劑對(duì)六價(jià)鉻的還原效果圖，圖3中圖(a)、(b)、(c)和(d)分別為六價(jià)鉻溶液在無(wú)催化劑情況下的光還原曲線(xiàn)(空白實(shí)驗(yàn))、實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3制備得到的Bi24Ga2O39光催化劑的光催化還原效果曲線(xiàn)。
[0020]圖4為本發(fā)明制備的Bi24Ga2O39光催化劑對(duì)六價(jià)鉻的還原效果圖，圖4中圖(a)、(b)、(c)和(d)分別為六價(jià)鉻溶液在實(shí)施例4、實(shí)施例5、實(shí)施例6和實(shí)施例7制備得到的Bi24Ga2O39光催化劑的光催化還原效果曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例1
[0023]—種Bi24Ga2039光催化劑，通過(guò)如下方法制備得到:
[0024](I)在常溫(本專(zhuān)利申請(qǐng)中指出的常溫為25°C左右)和磁力攪拌條件下，將6mmol氧化祕(mì)和0.5mmol氧化鎵溶于35mL的0.lmol/L氫氧化鈉溶液中；
[0025](2)將上述混合液轉(zhuǎn)移至50mL的內(nèi)襯為對(duì)位聚苯酚的不銹鋼反應(yīng)釜中(體積填充度為70%)，將不銹鋼反應(yīng)釜至于恒溫烘箱中于180°C水熱處理12h，反應(yīng)結(jié)束取出后自然冷卻至室溫；
[0026](3)將步驟2)得到的產(chǎn)物離心分離，再分別用純水及無(wú)水乙醇離心洗滌3次后，在70°C的恒溫條件下干燥6h，得到Bi24Ga2O39光催化劑。
[0027]本實(shí)施例制備得到的Bi24Ga2O39光催化劑XRD譜圖見(jiàn)圖1中(a)。圖1中(a)表明，所獲得產(chǎn)物的XRD峰均與標(biāo)準(zhǔn)Bi24Ga2O39的特征峰一致，證明所合成的樣品為純的Bi24Ga2O39t^品的SEM照片(見(jiàn)圖2中(a))表明:所得Bi24Ga2O39光催化劑的形貌除了立方體形貌外，還含有少量四面體形貌。
[0028]將本實(shí)施例制備得到的Bi24Ga2O39光催化劑用于光催化還原六價(jià)鉻溶液(重鉻酸鉀10mg/L)，催化劑投加量為5g/L，實(shí)驗(yàn)中采用300W鏑燈作為光源，照射光的波長(zhǎng)λ > 400nm。光催化降解實(shí)驗(yàn)表明，光催化反應(yīng)2h后，與未加入催化劑的空白實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)圖中3中(a))相比較，本實(shí)施例所制得的Bi24Ga2O39光催化劑在可見(jiàn)光照射下，其對(duì)六價(jià)鉻溶液(重鉻酸鉀10mg/L)的還原效率為78% (圖中3中(b))。
[0029]實(shí)施例2
[°03°] 一種Bi24Ga2039光催化劑，通過(guò)如下方法制備得到:
[0031 ] (I)在常溫(25°C)和磁力攪拌條件下，將6mmol氧化祕(mì)和0.5mmol氧化鎵溶于35mL的Imo I/L氫氧化鈉溶液中；
[0032](2)將上述混合液轉(zhuǎn)移至50mL的內(nèi)襯為對(duì)位聚苯酚的不銹鋼反應(yīng)釜中(體積填充度為70%)，將不銹鋼反應(yīng)釜至于恒溫烘箱中于180°C水熱處理12h，反應(yīng)結(jié)束取出后自然冷卻至室溫；
[0033](3)將步驟(2)得到的產(chǎn)物離心分離，再分別用純水及無(wú)水乙醇離心洗滌3次后，在70°C的恒溫條件下干燥6h，得到Bi24Ga2O39光催化劑。
[0034]本實(shí)施例制備得到的Bi24Ga2O39光催化劑的XRD譜圖見(jiàn)圖1中(b)。圖1中(b)表明，所獲得Bi24Ga2039光催化劑的XRD峰基本上與標(biāo)準(zhǔn)Bi24Ga2039的特征峰一致，證明所合成的樣品為純的BiMa2O39。樣品SEM照片(見(jiàn)圖2中(b))表明，所得Bi24Ga2039光催化劑的形貌為四面體形貌。
[0035]將本實(shí)施例所獲得Bi24Ga2039光催化劑用于光催化還原六價(jià)絡(luò)溶液(重絡(luò)酸鉀10mg/L)，催化劑投加量為5g/L，實(shí)驗(yàn)中采用300W鏑燈作為光源，照射光的波長(zhǎng)λ > 400nm。光催化降解實(shí)驗(yàn)表明，光催化反應(yīng)2h后，與未加入催化劑的空白實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)圖中3(a))相比較，所制得的Bi24Ga2O39光催化劑在可見(jiàn)光照射下，其對(duì)六價(jià)鉻溶液(重鉻酸鉀10mg/L)的還原效率為 83%(圖中 3(c))。
[0036]實(shí)施例3
[0037]一種Bi24Ga2O39光催化