胶体碳微球的制备及其在C@Bi2WO6制备中的应用(3)

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工业中，利用光催化剂是废气脱硫脱硝，使CO转化，成为N2，CO2等无害气体。例如，H2S是煤炭和石油工业的副产品，它可以在CdS表面被氧化成S。S2-与光生价带空穴反应的量子效率可达50%[9]。

(5)光催化合成物质

除了环保和制备氢气，利用其催化性能，能够使通常条件下难以进行的化学反应发生，合成一些能源物质。如半导体催化还原CO2：

CO2+4H2=CH4+2H2O，ΔH=-165.1 kJ mol-1 (1.2)

该反应在通常条件下难以进行，主要是中间反应动力学障碍，通过光催化，便能使反应速率加快。N2还原成NH3也被证明是可行的。半导体催化剂也广泛应用于有机物的聚合反应，烯、芳烯、醇等材料都能通过光催化大大加快反应速率。1979年Inoue等报道，水溶液中利用WO3、TiO2、ZnO、SiC等半导体将CO2光催化还原为HCHO、CH3OH、HCOOH、CH4[10]。

传统光催化材料存在着使用上的局限性，新型光催化材料如钨酸盐半导体光催化材料的出现，使得半导体光催化领域能够进入更深层的研究，并且拓宽了这些材料在实际生产消费中的运用，使其具有不可估量的前景。

1.4 胶体碳微球

以碳球为模板制备钨酸铋材料因其碳对电子/空穴的传输起到良好作用，制备的碳包覆型C@Bi2WO6能紫外光下保持良好催化活性和稳定性。以这些微球为基底，表面负载贵金属纳米微粒或者半导体量子点，可以赋予其特定的催化、光学或者光电特性，从而大大拓宽它们在光学及催化领域的应用。而碳球表面的不活泼化学性质导致必须修饰碳表面才能作为基底或模板剂来实现金属粒子的负载。目前表面修饰一般由两种途径获得：一是由Caruso小组发展起来的“层叠包覆法”(layer-by-layer method)[11.12]，这种包覆需要有机络合剂或者聚电解质来充当“胶水”；二是“原位形成法”(in-situ formation)[13-14],典型的例子是通过苯乙烯和聚胺共聚使表面获得活性基团，然后将其与金属盐原位反应获得产物。但这些方法较为复杂多变，通过水热合成法能得到单分散胶体碳微球，形成了一种得到表面具有化学活性基团，尺寸单分散，合成简单，重复性好的合成途径，形成金属纳米颗粒固定微球表面的纳米-微米结构。

1.5 Bi2WO6纳米光催化材料

Bi2WO6具有铋层状的构造(Aurivillius)。Aurivillius结构是属于钙钛矿，隶属于斜方晶系，由一维的钙钛矿层和(Bi2O2)2+层有规则地交叠排列而成。Bi2WO6是最简单的Aurivillius型氧化物之一，由八面体WO42-层和(Bi2O2)2+离子层构建起来的层状结构，如图2.1所示[15]。

图1.2 Bi2WO6的结构

Bi2WO6这种层状结构具有较高的光催化活性，比TiO2效率要高。这种层与层的空间作为光催化反应活化区，夹层作为接纳光生电子的受体，有效分离了电子/空穴对，提高了光量子效率。

1.6 Bi2WO6粉末的常用制备方法

(1)高温固相法

高温固相法具有制备的成本低、产量大、制备工艺简单等优点，但也有其固有的缺点，能耗大、效率低、颗粒较大、比表面积较小，致使光催化活性相对较低。Junwang Tang等[16]采用高温固相法合成了钨酸铋粉体。首先将 Bi2O3和 WO3按摩尔比 1:1 混合溶于无水乙醇球磨，在 80 ℃干燥几小时后，再于 900 ℃煅烧12小时得到钨酸铋粉体，研究发现Bi2WO6在可见光下可以将 CHCl3和 CH3CHO 降解为 CO2。高温固相法是一种传统的制备粉体的工艺方法，较早 Bi2WO6粉体的制备多采用高温固相反应法。

(2)熔盐法

熔盐法能够在低温下迅速获得纯的粉末，比起固相烧结，有着杂质少，便捷易推广的优点。熔盐法是将一定比例的盐或混合盐与原料混合均匀，然后加热到盐熔点更高的温度来形成熔体。反应物分子在盐的熔体中分散，分离，重新排列，然后迅速在熔盐中扩散。待反应结束后，冷却至室温后，用去离子水洗涤多次，可以去除样品含有的盐杂质得到产物。