一种BiVO4纳米片及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种BiVO4纳米片及其制备方法和应用 (BiVO4Nanosheet and preparation method and application thereof ) 是由 谈国强 杨迁 毕钰 王敏 张碧鑫 冯帅军 任慧君 夏傲 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种BiVO-(4)纳米片及其制备方法和应用,包括以下步骤：步骤1,将Bi(NO-(3))-(3)·5H-(2)O溶于稀HNO-(3)溶液中,搅拌至澄清,然后加入NH-(4)VO-(3),搅拌,形成前驱液；其中,前驱液的pH值控制在小于0.01；步骤2,将前驱液在50～60℃下水热反应21～26h,制得红色沉淀,将该红色沉淀用去离子水洗涤后再加入无水乙醇静置,制得深绿色沉淀；步骤3,将深绿色沉淀用无水乙醇洗涤,干燥,制得BiVO-(4)纳米片。制备得到的BiVO-(4)纳米片比表面积增大,黑暗条件下吸附性能增强。(The invention provides a BiVO 4 The nano sheet and the preparation method and the application thereof comprise the following steps: step 1, adding Bi (NO) 3 ) 3 ·5H 2 O dissolved in dilute HNO 3 Stirring the solution until the solution is clear, and then adding NH 4 VO 3 Stirring to form precursor liquid; wherein the pH value of the precursor liquid is controlled to be less than 0.01; step 2, carrying out hydrothermal reaction on the precursor solution at the temperature of 50-60 ℃ for 21-26 h to prepare red precipitate, washing the red precipitate with deionized water, then adding absolute ethyl alcohol, and standing to prepare dark green precipitate; step 3, washing the dark green precipitate with absolute ethyl alcohol, and drying to prepare BiVO 4 Nanosheets. BiVO obtained by preparation 4 Ratio of nanosheetThe surface area is increased, and the adsorption performance under dark conditions is enhanced.)
技术领域
本发明属于环境保护功能材料领域，涉及一种在黑暗下具有良好吸附能力的BiVO4纳米片及其制备方法和应用。
背景技术
BiVO4主要有三种晶体结构，分别为四方白钨矿结构、单斜白钨矿结构和四方锆石结构。四方相主要在紫外光区有吸收带，而单斜相的BiVO4除了紫外光区吸收带外，在可见光区也有明显的吸收带。单斜相的BiVO4紫外光区的吸收主要是借助于电子从O2p轨道跃迁到V3d轨道而形成的，而单斜相BiVO4可见光区的吸收带则主要是由电子从Bi6s轨道或者Bi6s和O2p的杂化轨道跃迁到V3d轨道而产生的。单斜相钒酸铋禁带宽度约为2.4eV，非常接近于太阳光谱中心，其吸收阈值可延长至5203nm左右。单斜相BiVO4属于12/a型空间群，其具体晶胞参数是：a＝5.195，b＝11.701，c＝5.092，α＝90.0°，β＝90.38°，γ＝90.0°。单斜相BiVO4中每个V原子和4个O原子之间成键组成V-O，V-O四面体之间相互不接触，每个Bi原子与6个O原子之间成键组成Bi-O八面体，该配位多面体可以被视为由两个相同尺寸的四面体相互贯穿而成的，而Bi-O八面体之间以边相邻交替，一个Bi原子周围环绕着八个V-O四面体，它们共用一个O原子。
但是，现有利用低温水热法制备的具有十面体形貌的BiVO4半导体材料，存在比表面积小、黑暗下吸附性能差、光量子利用率低等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种BiVO4纳米片及其制备方法和应用，制备得到的BiVO4纳米片比表面积增大，黑暗条件下吸附性能增强。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种BiVO4纳米片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将Bi(NO3)3·5H2O溶于稀HNO3溶液中，搅拌至澄清，然后加入NH4VO3，搅拌，形成前驱液；其中，前驱液的pH值控制在小于0.01；
步骤2，将前驱液在50～60℃下水热反应21～26h，制得红色沉淀，将该红色沉淀用去离子水洗涤后再加入无水乙醇静置，制得深绿色沉淀；
步骤3，将深绿色沉淀用无水乙醇洗涤，干燥，制得BiVO4纳米片。
优选的，所述步骤1中，稀HNO3溶液的浓度为1.5～2.0mol/L。
优选的，所述步骤1中，Bi(NO3)3·5H2O与NH4VO3的摩尔比为1:1。
优选的，所述步骤1中，搅拌时间为120～150min。
优选的，所述步骤2中，静置时间为24～48h。
优选的，所述步骤3中，干燥是在50～60℃恒温干燥12～15h。
采用所述的制备方法得到的BiVO4纳米片。
所述的BiVO4纳米片在吸附有机污染物方面的应用。
所述的BiVO4纳米片在光催化降解有机污染物方面的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种BiVO4纳米片的制备方法，通过在强酸性条件下水热法制备BiVO4纳米片，而溶液中大量的H+使部分Bi3+及VO4 3-未参加反应，形成具有部分缺陷的BiVO4，使大量的H+吸附在BiVO4的表面，导致沉淀颜色为红色沉淀，接着用无水乙醇浸泡后，大量.OH吸附在BiVO4，使得沉淀由红色变为深绿色。因前驱溶液pH值控制在小于0.01，前驱液中含有大量的H+优先吸附在BiVO4晶核的(-121)和(121)晶面并且将会降低表面能，(-121)和(121)晶面生长速率降低，经过长时间的水热生长，BiVO4颗粒以消耗小颗粒为代价进一步长大为BiVO4纳米片。所得BiVO4纳米片比表面积大，活性位点多，有利于对污染物的吸附和降解，提高BiVO4黑暗条件下的吸附性能。
进一步的，本发明低温水热法与其它方法相比具有制备工艺简单，价格低廉，可直接得到结晶良好的粉体，易于调控晶粒尺寸等优点。
本发明制得的BiVO4纳米片黑暗下的吸附率较高，极大的提高了BiVO4的黑暗吸附性能，可用于光催化降解有机污染物。
附图说明
图1是本发明制备的BiVO4纳米片的XRD衍射图谱；
图2是本发明制备的的BiVO4纳米片的SEM图；
图3是本发明制备的BiVO4纳米片在可见光下降解RhB降解图；
图4是本发明制备的BiVO4纳米片在黑暗下两次循环吸附RhB的吸附图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于35mL 2mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌150min，溶液pH值小于0.01，形成前驱液；
步骤2，前驱液在60℃下水热反应26h后制得红色沉淀，该沉淀水洗3遍后，加入无水乙醇放置24h，制得深绿色沉淀；
步骤3，将深绿色沉淀用无水乙醇洗涤3遍，60℃干燥15h，制得片状BiVO4纳米片。
实施例2
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于35mL1.9mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌145min，溶液pH始终小于0.01，形成前驱液；
步骤2，前驱液在58℃下水热反应25h后制得红色沉淀，该沉淀水洗4遍后，加入无水乙醇放置30h，制得深绿色沉淀；
步骤3，将深绿色沉淀用无水乙醇洗涤4遍，58℃干燥14.5h，制得片状BiVO4纳米片。
实施例3
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于35mL1.8mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌140min，溶液pH始终小于0.01，形成前驱液；
步骤2，前驱液在56℃下水热反应24h后制得红色沉淀，该沉淀水洗5遍后，加入无水乙醇放置35h，制得深绿色沉淀；
步骤3，将深绿色沉淀用无水乙醇洗涤5遍，56℃干燥14h，制得片状BiVO4纳米片。
实施例4
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于35mL1.7mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌135min，溶液pH始终小于0.01，形成前驱液；
步骤2，前驱液在54℃下水热反应23h后制得红色沉淀，该沉淀水洗5遍后，加入无水乙醇放置40h，制得深绿色沉淀；
步骤3，将深绿色沉淀用无水乙醇洗涤5遍，54℃干燥13.5h，制得片状BiVO4纳米片。
实施例5
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于35mL1.6mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌130min，溶液pH始终小于0.01，形成前驱液；
步骤2，前驱液在52℃下水热反应22h后制得红色沉淀，该沉淀水洗4遍后，加入无水乙醇放置45h，制得深绿色沉淀；
步骤3，将深绿色沉淀用无水乙醇洗涤4遍，52℃干燥13h，制得片状BiVO4纳米片。
实施例6
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于35mL1.5mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌120min，溶液pH始终小于0.01，形成前驱液；
步骤2，前驱液在50℃下水热反应21h后制得红色沉淀，该沉淀水洗3遍后，加入无水乙醇放置48h，制得深绿色沉淀；
步骤3，将深绿色沉淀用无水乙醇洗涤3遍，50℃干燥12h，制得片状BiVO4纳米片。
图1是实施例1中制备的BiVO4纳米片的XRD衍射图谱，在2θ＝18.67°，18.99°，28.82°，28.95°出现了单斜相BiVO4(PDFNo.14-0688)的(110)，(011)，(-121)，(121)晶面的特征衍射峰，BiVO4沿(-121)和(121)晶面择优取向生长，因前驱溶液pH值控制在小于0.01，前驱液中H+优先吸附在BiVO4晶核的(-121)和(121)晶面并且将会降低表面能。(-121)和(121)晶面生长速率降低，经过长时间的水热生长，BiVO4颗粒以消耗小颗粒为代价进一步长大为BiVO4纳米片。
图2是实施例1中制备的纳米片状BiVO4的SEM图，BiVO4为320×400nm的四方形薄片状和200×240nm类四方形薄片状，具有较大的比表面积，BiVO4表面具有较多的活性位点，形成有利于污染物吸附的机制。
图3是实施例1中制备的BiVO4纳米片在可见光下降解RhB降解图，从图中可知，BiVO4纳米片在黑暗条件下30min吸附罗丹明B的吸附率达到80.52％，说明其具有良好的吸附性能。
图4是实施例1中制备的BiVO4纳米片在黑暗条件下两次循环吸附RhB的吸附图。第一次经过黑暗条件下处理35min吸附罗丹明B的吸附率达到90.81％，第二次黑暗条件下处理35min吸附罗丹明B的吸附率达到60.27％，由于第一次黑暗条件下吸附后，污染物占据了样品表面的部分活性位点，且因为样品吸附性能良好，污染物被吸附后不易脱附，导致吸附循环第二次时没有更多的活性位点提供给污染物使其被吸附，进而第二次的吸附率小于第一次的吸附率。说明BiVO4纳米片的具有良好的循环吸附性。
以上所述内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。