一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体光催化技术领域，公开了一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法，该光催化剂由碘氧化铋和钒酸铋复合形成异质结构，钒酸铋纳米颗粒均匀分散于碘氧化铋纳米颗粒表面；制备方法是先将五水硝酸铋和柠檬酸溶于稀硝酸中并调节pH值，偏钒酸铵和柠檬酸溶于蒸馏水中并加热，两种溶液混合；将五水硝酸铋溶解到乙二醇中，碘化钾KI溶解到蒸馏水中，两种溶液混合后加入到上述混合溶液中，搅拌，陈化，烘干，煅烧，研磨而得。本发明专利技术合成的光催化剂具有典型的异质结构，有抑制电子-空穴再复合、有效促进载流子分离的特点，相比于单体钒酸铋光响应范围更宽，使其催化活性和稳定性更好。

【技术实现步骤摘要】
一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法
本专利技术属于半导体光催化
，具体的说，特别涉及一种异质结光催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着环境污染和能源短缺问题愈发严重，光催化技术由于其经济、环保、降解彻底等特点在空气净化、处理污水、杀菌、制氢等领域备受关注。以TiO2为代表的传统光催化材料因为稳定、价格低廉、无毒、催化活性好而受到广泛研究，然而，由于光催化剂的宽带隙能使其只能在紫外光区有催化活性的缺点，大大限制了在各个领域的应用。钒酸铋是禁带宽度为2.2-2.4eV的非二氧化钛基可见光光催化材料，主要有三种晶体结构，分别为单斜白钨矿、四方白钨矿和四方锆石型。其中，单斜相白钨矿型的光催化活性最好，但由于吸附性较差导致其光生载流子的分离效率底。目前，Co3O4/BiVO4、TiO2/BiVO4、BiVO4/Bi2O3、BiOCl/BiVO4、BiOBr/BiVO4等异质结构的光催化剂被成功合成。研究表明，复合后的催化剂能有效抑制电子-空穴的再复合，大大提高光催化活性。卤氧化铋(BiOX,X＝Cl,Br,I)具有PbFCl型的高度各向异性层状结构，有较好的吸附性，同时BiOI的禁带宽度仅为1.76-1.85eV。通过元素掺杂、半导体复合、光敏化等手段对仅在紫外光区响应的光材料进行改性，开发出高活性、宽光谱响应的光催化材料，提高催化剂的可见光利用率成为当前的研究热点。因此，基于光催化材料理论分析，BiOX与BiVO4复合具有优劣势互补的特点，从能带匹配角度看，易形成异质结光催化材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的是以TiO2为代表的传统光催化剂仅能吸收紫外光而导致太阳能利用率差的技术问题，提供了一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法，该异质结光催化剂光吸收范围宽、可见光利用率高，具有促进光生载流子分离、有效提高电子迁移速率的特点，其光催化活性和稳定性更好，短时间内即可迅速降解罗丹明B染料，同时制备方法简单、安全、经济、环保。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，由摩尔比为0.05:1-1:1的碘氧化铋和钒酸铋复合形成异质结构，钒酸铋纳米颗粒均匀分散于碘氧化铋纳米颗粒表面，其中钒酸铋的物相为单斜白钨矿型。所述碘氧化铋与所述钒酸铋的摩尔比为0.1:1-0.5:1。一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂的制备方法，采用以下步骤进行：(1)将Bi(NO3)3·5H2O和C6H8O7·H2O按照1:1-1:3的摩尔比溶于1mol/L稀硝酸中，加入氨水调节pH值至6.5-7.5，记为A溶液；(2)将与步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3和与步骤(1)中所述C6H8O7·H2O等摩尔量的C6H8O7·H2O溶于蒸馏水中，记为B溶液；(3)将B溶液在60-90℃加热条件下搅拌30-50min后，溶液变成墨绿色，再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；(4)称取摩尔量为0.05-1倍于步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O的Bi(NO3)3·5H2O，并溶解到乙二醇中，记为D溶液；(5)将与步骤(4)中所述Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的KI溶解到蒸馏水中，记为E溶液；(6)将D溶液和E溶液混合搅拌12-24小时后，加入到步骤(3)得到的C溶液中，持续搅拌6-14h至形成深蓝色凝胶，陈化24-48h，置于100-120℃烘箱中烘干，然后于300-400℃煅烧至成为固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂。优选地，步骤(1)中Bi(NO3)3·5H2O和C6H8O7·H2O的摩尔比为1:2。优选地，步骤(1)中的pH为7。优选地，步骤(3)中的加热温度为80℃。优选地，步骤(6)中混合搅拌时间为12-15h。优选地，步骤(6)中陈化时间为24-36h。优选地，步骤(6)中的煅烧温度为350℃。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术制备的BiOI/BiVO4光催化剂具有典型的异质结构，BiVO4、BiOI受到光照时，同时产生电子-空穴对，因为禁带宽度不同的差别，BiOI的光电子在内部电场的作用下会发生定向迁移到BiVO4的价带上，进而能够抑制电子-空穴的再复合，有效提高量子效率，异质结构满足高活性、宽光谱响应的要求。(2)本专利技术制备的BiOI/BiVO4光催化剂光降解有机染料罗丹明B时，相比于单体钒酸铋BiVO4，光催化活性更好，稳定性更高。(3)本专利技术的制备方法简单易操作，不需要大型、复杂的实验设备，成本低，环保，可应用于工业化。附图说明图1是实施例1、实施例2制备的BiOI/BiVO4异质结光催化剂的X射线衍射(XRD)谱图；图2是实施例1制备的BiOI/BiVO4光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图像，参考单体BiVO4；其中，(A)、(B)是参考的单体BiVO4，(C)、(D)是实施例1制备的BiOI/BiVO4异质结光催化剂；图3是实施例1制备的BiOI/BiVO4异质结光催化剂的傅里叶红外光谱(FT-IR)分析图，参考纯BiOI和纯BiVO4；图4是BiOI/BiVO4光催化剂异质结构的形成过程图；图5是实施例1、实施例2制备的BiOI/BiVO4异质结光催化剂降解罗丹明B的去除率走势图，参考纯钒酸铋的降解曲线图。具体实施方式下面通过具体的实施例对本专利技术作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。以下实施例中采用的五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、偏钒酸铵(NH4VO3)、柠檬酸(C6H8O7·H2O)、硝酸(HNO3)、氨水(NH4OH)、碘化钾(KI)、乙二醇、罗丹明B(RhB)，均为分析纯。实施例1第一步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O和0.02mol(4.2g)C6H8O7·H2O溶于50mL1mol/L稀硝酸中，搅拌30min使其完全溶解，加入氨水调节pH值至7，记为A溶液；第二步：取0.01mol(1.1698g)NH4VO3和0.02mol(4.2g)C6H8O7·H2O溶于50mL蒸馏水中，搅拌30min使其完全溶解，记为B溶液；第三步：将B溶液在80℃加热条件下搅拌40min后，溶液会由橙黄色变成墨绿色，此时再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；第四步：取0.001mol(0.4851g)Bi(NO3)3·5H2O溶解到15ml乙二醇中，记为D溶液；第五步：取0.001mol(0.166g)KI溶解到50mL蒸馏水中，记为E溶液；第六步：将D溶液和E溶液混合搅拌15小时后，加入到第三步得到的C溶液中，持续搅拌10h后，将形成深蓝色凝胶，陈化32h，置于110℃烘箱中烘干，然后放入马弗炉中于350℃下煅烧3h至成团结块的固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂(BiOI/BiVO4的摩尔比＝0.1:1)。由图1的X射线衍射(XRD)谱图可以看出，本实施例1所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在18.6°、28.6°、19°、28.98°、30.5°、34.5°、35.2°、40°、47.6°、53.7°等衍射角的位置上具有的特征峰均为单斜相白钨矿型的BiVO4吸收峰，说明掺入BiOI后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碘氧化铋‑钒酸铋异质结光催化剂，其特征在于，由摩尔比为0.05:1‑1:1的碘氧化铋和钒酸铋复合形成异质结构，钒酸铋纳米颗粒均匀分散于碘氧化铋纳米颗粒表面，其中钒酸铋的物相为单斜白钨矿型。

【技术特征摘要】
1.一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，其特征在于，由摩尔比为0.05:1-1:1的碘氧化铋和钒酸铋复合形成异质结构，钒酸铋纳米颗粒均匀分散于碘氧化铋纳米颗粒表面，其中钒酸铋的物相为单斜白钨矿型。2.根据权利要求1所述的一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，其特征在于，所述碘氧化铋与所述钒酸铋的摩尔比为0.1:1-0.5:1。3.一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，采用以下步骤进行：(1)将Bi(NO3)3·5H2O和C6H8O7·H2O按照1:1-1:3的摩尔比溶于1mol/L稀硝酸中，加入氨水调节pH值至6.5-7.5，记为A溶液；(2)将与步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3和与步骤(1)中所述C6H8O7·H2O等摩尔量的C6H8O7·H2O溶于蒸馏水中，记为B溶液；(3)将B溶液在60-90℃加热条件下搅拌30-50min后，溶液变成墨绿色，再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；(4)称取摩尔量为0.05-1倍于步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O的Bi(NO3)3·5H2O，并溶解到乙二醇中，记为D溶液；(5)将与步骤(4)中称取的所述Bi(NO3)3·5H2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永强，刘思瑶，刘芳，赵朝成，赵东风，李石，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37