[发明专利]一种稀土元素Nd掺杂Bi2WO6复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种稀土元素Nd掺杂Bi₂WO₆复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代文明和科技的飞速发展，环境污染越来越严重，环境污染与防治已成为全球性普遍关注的重要课题，近二三十年，光催化降解技术的发展为人类治理环境污染问题提供了一条有效的途径。目前，对新型可见光响应型光催化剂的寻找显出需要性与迫切性。

钨酸铋作为一种新型光催化剂具有以下特点：(1)良好的紫外和可见光响应；(2)热稳定；(3)光催化稳定；(4)成本相对较低；(5)环境友好。因此，Bi₂WO₆光催化材料的研究与开发，将为提高太阳能利用率，在环境净化和新能源开发方面具有潜在的实用价值。但同时也正因为其禁带宽度相对较窄，使得光生电子-空穴的复合几率增加，降低了光量子的效率，从而影响到Bi₂WO₆的光催化性能。

稀土因为其特殊的电子层结构，具有一般元素无法比拟的光谱特性，具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子形成的化合物的4f电子可以在f-f组态之间或f-d组态之间的发生跃迁。因此，掺杂稀土金属离子是近几年开始研究的热点。某些稀土氧化物本身也有希望作为光催化剂使用，但总的来说，以单纯的稀土氧化物作为光催化剂的研究进行得非常少。而掺杂浓度对反应活性也有很大的影响，存在一个最佳浓度值，通常低浓度是有益的，而高浓度则不利于反应的进行，掺杂太多会引起晶体结构的破坏，从而使催化剂丧失催化性能，而掺杂太少又往往难以起到调节和改变其能带结构的作用。

近几年，采用水热方法制备Bi₂WO₆纳米晶体成为研究的一个热点。然而，在传统的水热合成法中，往往是采用普通的传导加热方法，这种加热方式具有加热速率慢、反应时间长、热量分布不均匀、温度梯度大的等缺点，严重影响了合成粉体的性质、颗粒尺度等。微波水热法以微波作为加热方式，结合传统的水热法来制备纳米粉体的一种新方法，适于推广到大规模的工业生产中去，在合成纳米材料、陶瓷材料等领域里显示了良好的发展态势和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土元素Nd掺杂Bi₂WO₆复合光催化剂及其制备方法和应用，该制备方法反应时间短，工艺流程简单，制得的Nd掺杂Bi₂WO₆复合光催化剂具备良好的光催化活性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种稀土元素Nd掺杂Bi₂WO₆复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将Bi(NO₃)₃·5H₂O和Na₂WO₄·2H₂O按照Bi:W=2:1的摩尔比放入容器中，再向容器中加入水配制成混合溶液，并将混合溶液搅拌均匀;

步骤2：将Nd(NO₃)₃·6H₂O加入到混合溶液中，得反应液，其中Nd的加入量R_Nd=2%-20%，R_Nd=n_Nd/(n_Bi+n_Nd)×100%，n_Bi和n_Nd分别为Bi和Nd的摩尔量，将反应液在室温下搅拌均匀，得前驱液;

步骤3：将前驱液移入微波水热反应釜中，再将微波水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定功率为300W，在160℃-220℃下保温30min-120min后停止反应；

步骤4：待反应温度降至室温后，取出微波水热反应釜，分离出其中的沉淀物，再将沉淀物洗涤、超声分散、恒温干燥，得到稀土元素Nd掺杂Bi₂WO₆复合光催化剂。

所述步骤1的混合溶液中Bi(NO₃)₃·5H₂O的浓度为0.1mol/L-0.6mol/L，Na₂WO₄·2H₂O的浓度为0.05mol/L-0.3mol/L。

所述步骤2中的搅拌均匀所需的时间为20-40min。