一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4及其制備方法技術

本發明專利技術公開一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4及其制備方法，所述的具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4，按質量比計算，即納米多孔BiVO4材料：有序的宏觀基體材料為40-60：100的比例，將納米多孔BiVO4材料負載在有序的宏觀基體材料上而形成的一種宏觀結構與微觀結構相結合的納米多孔BiVO4材料。其制備方法，即采用化學沉積法在有序的宏觀基體材料上合成納米碳纖維，然后以固化在宏觀基體材料上的納米碳纖維為模板負載納米多孔BiVO4，然后煅燒除去納米碳纖維模板即得具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4。所得的具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4材料具有取向性好、形貌和結構可控等特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4及其制備方法，屬于無機材料領域。
技術介紹
釩酸鉍(BiVO4)具有耐腐蝕性好、鐵彈性、聲光轉換、熱致變色和離子導電等優良特性，因而在氣敏傳感器、正熱敏電阻、可充電的鋰離子電池的陽極材料、固體氧化燃料電池的陰極材料及無毒高性能無機顏料等方面具有很重要的應用前景。最近研究還發現，BiVO4作為一種具有可見光響應的新型半導體光催化劑用于可見光下分解水和降解有機污染物，已成為當前環境領域研究的熱點。它的光催化性能與晶型、結晶度、顆粒尺寸、結構和形貌等有關。目前已經報道的BiVO4的制備方法有多種，比如:高溫固相合成法、溶膠凝膠法、水熱法、共沉淀法、超聲化學法、金屬有機物熱分解法、微波法等。利用上述諸方法制備出的BiVO4樣品主要以納米粉末狀態存在，而粉末狀催化劑在使用中會存在很多不利弊端，例如壓力降和熱傳遞問題、以及接觸效率低和催化劑難于分離等。因此，發展一種有序定向生長納米BiVO4的制備技術，以期獲得大量、取向性好、t匕表面積高、形貌和結構可控的樣品則越來越受到廣大研究者們的關注。納米碳纖維作為一種新型的碳材料，可以通過工藝簡單、成本低廉的化學氣相沉積(CVD)法制備得到。它不僅具有缺陷數量少、比表面積大、長徑比大等優點，還兼具低密度、高比模量、高比強度、高導電性、高導熱性以及結構致密等特性。另外，納米碳纖維在成本和產量上與碳納米管相比具有絕對的優勢。目前納米碳纖維在催化劑和催化劑載體、高效吸附劑、分離劑、超強復合材料、儲氫材料、吸波材料等領域具有廣泛的應用前景。尤其是近年來納米碳纖維作為一 種新興的模板材料，其應用前景十分廣闊。采用納米碳纖維模板技術可以調控制備出納米多孔BiVO4，該法同時可以實現將納米BiVO4固化在各種有序結構的宏觀基體材料上，而且通過優化制備條件，最終可以得到高質量有序結構宏觀基體與微觀顆粒復合的多孔材料，該類材料將具有很強的吸附和催化性能，可以規避使用傳統納米粉末催化劑所帶來的各種弊端，能更為有效地實現可見光下催化分解水和降解有機污染物，因而具有潛在的實際應用前景，目前尚未見到有關這方面工作的報道。
技術實現思路
本專利技術的目的之一是提供一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiV04。本專利技術的目的之二是提供上述的一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4的制備方法。本專利技術的技術方案一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4，按質量比計算，即納米多孔BiVO4材料:有序的宏觀基體材料為40-60:100的比例，將納米多孔BiVO4材料負載在有序的宏觀基體材料上而形成的一種宏觀結構與微觀結構相結合的納米多孔BiVO4材料； 所述的納米多孔BiVO4材料的平均的晶粒尺寸約為400-700 nm ； 所述的有序結構的宏觀基體為SiO2棒狀纖維、蜂窩陶瓷體或多孔陽極氧化鋁膜等，本專利技術在一優選的實施例中僅以有序結構的宏觀基體SiO2棒狀纖維進行舉例，但并不限制有序結構的宏觀基體材料如蜂窩陶瓷體或多孔陽極氧化鋁膜等在制備具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4中的應用。上述的一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4的制備方法，即采用化學沉積法在有序的宏觀基體材料上合成納米碳纖維，然后以固化在宏觀基體材料上的納米碳纖維為模板負載納米多孔BiVO4,然后煅燒除去納米碳纖維模板，即得具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4，其制備過程具體包括如下步驟: (1)、在有序結構的宏觀基體材料上合成納米碳纖維； ①、采用浸潰法制備NiO/有序結構宏觀基體整體催化劑 將有序結構宏觀基體材料浸潰在以乙醇為溶劑的0.3 mol/L的Ni (NO3)2.6H20乙醇溶液中10 min，然后進行真空抽濾、干燥，除去有序結構宏觀基體材料表面過剩Ni (NO3)2.6H20乙醇溶液，然后放入石英反應管中反應體系的恒溫區，經300 °C焙燒后得到NiO/有序結構宏觀基體整體催化劑；所述的NiO/有序結構宏觀基體整體催化劑中Ni的含量按質量比計算，即N1:有序結構宏觀基體材料為5:100 ; ②、采用化學氣相沉積法在有序結構宏觀基體上制備納米碳纖維在步驟①焙燒得到NiO/宏觀基體整體催化劑后隨之通入氮氣保護并同時將石英反應管中反應體系300 °C升至550-600 °C，然后常壓下通入流量為200-400 mL/min的CH4、C2H4或CO等含碳氣體，時間2-3 h以進行納米碳纖維的生長，然后通入15-30 min N2以吹走余量的CH4X2H4或CO等含碳氣體，最后將反應體系冷卻至室溫即得到固化在宏觀基體材料上的納米碳纖維； (2)、以固化在宏觀基體材料上的納米碳纖維為模板為模板合成納米多孔BiVO4； 將步驟(I)所得的固化在宏觀基體材料上的納米碳纖維浸潰在Bi和V的金屬鹽的乙醇-硝酸溶液中，并將其一并轉入水熱反應釜中，控制反應溫度在120-180 °C，時間12-18 h進行反應，隨后在真空抽濾裝置的作用下依次用去離子水和乙醇洗滌3-5次，經120 1:干燥處理4-6 h，最后在空氣中600-650 °C下焙燒用以去除納米碳纖維模板，最終得到具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4材料； 所述的Bi和V的金屬鹽的乙醇-硝酸溶液，即按質量比計算，即Bi (NO3)3 *6H20:NH4VO3為4.19:1的比例，首先將Bi (NO3) 3 *6H20加入到含有濃硝酸的乙醇溶液中，在磁力攪拌器下攪拌均勻后加入NH4VO3粉末繼續攪拌，即得到濃度為0.05-0.2 mol/L的Bi和V的金屬鹽的乙醇-硝酸溶液； 所述的含有濃硝酸的乙醇 溶液，濃硝酸與乙醇的體積比為1:14-20 ;乙醇中加入適量的濃硝酸是為了抑制Bi3+的水解。本專利技術的有益效果 本專利技術的一種具有有序結構的納米多孔BiVO4，是一種宏觀基體與微觀粒子相復合的納米多孔材料BiVO4，采用納米碳纖維模板法將納米多孔BiVO4固化在不同類型的宏觀基體材料上，并且通過控制化學氣相沉積的條件可以有效地調控納米碳纖維模板的形成，進而有效地調控納米多孔BiVO4的形成，因此本專利技術的一種具有有序結構的納米多孔BiVO4具有大量、取向性好，形貌可控等優點，可以面向特定應用。進一步，本專利技術的具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4，是一種宏觀基體與微觀粒子相復合的納米多孔材料，具有很強的吸附和催化性能，可以代替使用傳統納米粉末催化齊IJ所帶來的各種弊端，例如壓力降和熱傳遞問題、以及接觸效率低和催化劑難于分離等，因而具有潛在的應用前景。進一步，本專利技術的具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4M料的制備方法，即首先采用化學氣相沉積法(CVD)合成碳納米纖維模板，然后以納米碳纖維為模板將納米多孔BiVO4材料有序結構的宏觀基體材料上，然后焙燒去除納米碳纖維，最終而制得固化在宏觀基體材料上的納米多孔BiVO4，因此，其制備工藝簡單、生產成本低廉、且重復性高，通過控制化學氣相沉積的條件可以有效地調控碳納米纖維模板的形成，進而調控具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4材料。附圖說明圖la、固化在SiO2纖維上的納米碳纖維放大5000倍的掃描電鏡SEM 圖lb、固化在SiO2纖維上的納米碳纖維放大40000倍的掃描電鏡SEM 圖2、固化在S本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4，其特征在于所述的具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4，按質量比計算，即納米多孔BiVO4材料：有序的宏觀基體材料為40?60：100的比例，將納米多孔BiVO4材料負載在有序的宏觀基體材料上而形成的一種宏觀結構與微觀結構相結合的納米多孔BiVO4材料。

【技術特征摘要】
1.一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4，其特征在于所述的具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4，按質量比計算，即納米多孔BiVO4材料:有序的宏觀基體材料為40-60:100的比例，將納米多孔BiVO4材料負載在有序的宏觀基體材料上而形成的一種宏觀結構與微觀結構相結合的納米多孔BiVO4材料。2.如權利要求1所述的一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4，其特征在于所述的納米多孔BiVO4材料的平均的晶粒尺寸約為400-700 nm ;所述的有序結構的宏觀基體為SiO2棒狀纖維、蜂窩陶瓷體或多孔陽極氧化鋁膜。3.如權利要求2所述的一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4,其特征在于所述的納米多孔BiVO4材料:有序的宏觀基體材料為56:100。4.如權利要求1、2或3所述的一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4的制備方法，其特征在于即采用化學沉積法在有序的宏觀基體材料上合成納米碳纖維，然后以固化在宏觀基體材料上的納米碳纖維為模板負載納米多孔BiVO4,然后煅燒除去納米碳纖維模板，即得具有有序宏觀結構的納米多孔BiV04。5.如權利要求4所述的一種具有有序宏觀結構的納米多孔BiVO4的制備方法，其特征在于所述的采用化學沉積法在有序的宏觀基體材料上合成納米碳纖維具體包括如下步驟: ①、采用浸潰法制備NiO/有序結構宏觀基體整體催化劑 將有序結構宏觀基體材料浸潰在以乙醇為溶劑的0.3 mol/L的Ni (NO3)2.6H20乙醇溶液中10 min，然后進行真空抽濾、干燥，除去有序結構宏觀基體材料表面過剩Ni (NO3)2.6H20乙醇溶液，然后放入石英反應管中反應體系的恒溫區，經300 °C焙燒后得到NiO/有序結構宏觀基體整體催化劑； 所述的NiO/有序結構宏觀基體整體催化劑中Ni的含量按質量比計算即，N1:有序結構宏觀基體材料為5:10...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳強，趙立，韓若冰，姚偉峰，張靜，鈕付濤，張博，
申請(專利權)人：上海電力學院，
類型：發明
國別省市：