本发明专利技术公开了一种Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂及其制备方法，其名义组分为：Bi1-xZnxVO4，x=1~10mol%。本发明专利技术所制备的催化剂具有分散性好，晶型结构和形貌可控，可见光响应活性高，化学稳定性好等优点，对含复杂苯环结构的亚甲基蓝溶液的降解效率比纯BiVO4有显著的提高，本发明专利技术制备工艺简单，原料易得，制备周期短，节省能源，便于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光催化剂，具体涉及一种采用水热技术制备Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂，属于光催化剂材料领域。
技术介绍
太阳能一直被人们认为是一种储量丰富可持续性利用的自然能源，但是人类对其利用仍然十分有限。光催化技术是光催化剂吸收太阳光能将其转化为化学反应所需要的能量，促进化学反应的进行，自身不发生改变的一种催化反应技术，主要应用于光解水制氢和光催化降解有机污染物，具有能耗低，易操作，无二次污染等特点。早期的光催化剂如纳米TiO2禁带宽度较大，只在紫外光下有光催化响应，太阳光谱中紫外光的含量不到5%，而波长在(400-750nm)的可见光含量在43%以上，因此如何高效地利用太阳能进行光催化反应，开发具有可见光响应的光催化剂日益引起人们的兴趣。BiVO4早期作为一种不含有毒元素的黄色颜料以及优良离子导电陶瓷和电极材料备受人们关注，后来发现其在可见光催化
也具有良好的应用前景。BiVO4S要有三种晶相结构，包括单斜晶系白钨矿结构、四方晶系白钨矿结构和四方晶系锆石结构，其中以单斜晶系白钨矿结构的光催化活性最高。单斜相的BiVO4的禁带宽度为2.4eV，其吸收光谱可拓展到500nm以上，具有较好的可见光响应特性。然而，BiVO4体内光激发生成的电子难以迁移，极易和空穴复合，使催化剂的光量子效率和可见光活性降低。随着人们对光催化剂的深入研究发现，催化剂的微观形貌、颗粒尺寸以及晶格组成都是影响其光催化性能的重要 因素。而在反应体系中加入表面活性助剂或者掺杂稀土金属离子都能对催化剂的形貌、尺寸以及晶格结构产生影响，是比较常用的一种催化剂改性方法。因此，为了进一步提高BiVO4在可见光下的光催化效率，可以通过离子对其进行掺杂，将离子引入BiVO4的晶格中，在价带和导带之间形成新的能级，有利于光致电子向外部迁移，防止电子空穴的简单复合，可改善光催化反应效率和选择性。目前对BiVO4进行掺杂改性的方法多为浸溃法，即在传统的固相反应法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法及水热法等制备出纯相BiVO4后，在选择适当的金属源采用浸溃的方法对其进行掺杂，该方法流程多，工艺复杂。201110444925.1号申请提供了一种微波水热法对BiVO4光催化剂进行Cu2+掺杂改性的方法，该方法反应时间短，工艺流程简单，粒度分布均匀且改善了纯相BiVO4的光催化性能，但是需要比较昂贵的微波设备，并且光催化性能有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术提供一种多形貌Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂，通过控制离子掺杂比例、前躯体溶液PH值以及水热合成条件，得到不同晶型和形貌的BihZnxVO4催化剂，催化剂比表面积大，并且具有很好的可见光催化性能。本专利技术的具体技术解决方案如下:一种Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂，其名义组分为=BihZnxVO4,其中Zn2+掺杂量X为I 10mol%，该可见光催化剂通过以下方法制备而成:I)将NH4VO3溶解于NaOH溶液中得到透明溶液A ;其中NH4VO3与NaOH的摩尔比为0.1 0.3 ;2)将Bi (NO3) 3.5H20和Zn (NO3) 2.6H20溶解在HNO3溶液中，磁力搅拌得到溶液B，其中Bi'Zn2+摩尔数之和与V5+摩尔数之比为1:1，Bi3+与Zn2+的摩尔比为(l_x):XjNH4VO3与HNO3的摩尔比为0.1 0.3 ;3)然后在不断搅拌的情况下将溶液A逐渐滴加到溶液B中，形成黄色悬浊液，再用NaOH溶液调节体系pH值为I 9，继续搅拌I 3h得到前驱物溶液；4)将前驱物溶液转移至以白色聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，体积填充度为70%-80%，放入烘箱中在150 180°C温度下水热处理12 24h ;反应完全后利用离心沉降，并将得到的黄色沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤2 3次，至滤液的pH值为中性(7-8);在75 90°C条件下干燥4 8h，得到催化剂；其中，以上步骤中所用HNO3溶液的摩尔浓度为2 4mol/L ;所用NaOH溶液的摩尔浓度也为2 4mol/L。步骤3)中调节体系pH值优选为3-4。在这种pH值下，易形成混晶型的可见光催化剂，且颗粒的比表面积较大，具有更好的可见光催化降解效果。本专利技术具有以下的优点:1、本专利技术的Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂，采用水热合成法，无需任何表面活性齐U，工艺简单，成本较低，晶型结构和形貌可控。2、制备的Zn2+掺杂的BiVO4比纯BiVO4具有更好的催化效果，这是以前未有报道过的一种新型的催化剂。3、ZnO本身是一种具有光催化活性的宽带隙半导体，将Zn2+引入BiVO4的晶格中，在价带和导带之间形成新的有效能级，相比Cu2+更有利于催化性能的改善。附图说明图1中(a)、(b)、(C)分别为本专利技术实施例1 3中制得的Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂的XRD图谱。(图中横坐标 2 Θ表示X射线的衍射角度)图2中(a)、(b)、(C)分别为本专利技术实施例1 3中制得的Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂的SEM图谱。图3为本专利技术实施例2所制得的Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂和相同实验条件下制备的纯BiVO4的光催化速率图(横坐标为时间，纵坐标为降解率)。图4为实施例1、2和3制备的BihZnxVO4光催化降解亚甲基蓝的试验结果。 具体实施方式下面结合具体实施实例对本专利技术的技术解决方案作进一步的说明，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。实施例1:本专利技术Zn2+掺杂BiVO4光催化剂，名义组分为BihZnxVO4 (x=4mol%)的可见光催化剂，具体制备过程如下:a)称取 5mmol (0.5849g)NH4V03 溶于 10mL2mol/L 的 NaOH 溶液中制成透明溶液 A，称取 4.8mmol (2.3285g)的 Bi (NO3)3.5H20 和 0.2mmol (0.0595g)的 Zn (NO3)2.6H20 溶于10mL2mol/L的HNO3溶液中制成透明溶液B ；b)在不断搅拌的情况下将上述的透明溶液A逐渐滴加到透明溶液B中，生成黄色的悬浊液，滴加完全后继续搅拌lh，再用2mol/L的NaOH溶液调节体系的pH值在1，继续搅拌2h，得到前驱物溶液；c)将上述制备的前驱物溶液转移至以白色聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，体积填充度80%，放入恒温烘箱中在180°C下水热处理12h ；d)反应完全后离心沉降，将得到的黄色沉淀物用去离子水和无水乙醇洗涤2 3次，至滤液PH值为中性，在75°C烘箱中干燥8h，得到名义组分为BihZnxVO4 (x=4mol%)的可见光催化剂。实施例2:本专利技术Zn2+掺杂BiVO4光催化剂的制备方法，其名义组分为BihZnxVO4 (x=4mol%)的可见光催化剂，具体步骤 如下:a)称取5mmol (0.5849g)的NH4VO3溶于10mL2mol/L的NaOH溶液中制成透明溶液 A，称取 4.8_1 (2.3285g)的 Bi(NO3)3.5H20 和 0.2_1 (0.0595g)的 Zn (NO3)2.6H20溶于10mL2mol/L的HNO3溶液中制成透明溶液B ；b)在不断搅拌的情况下将上述的透明溶液A逐渐滴加到透明溶液B中，生成黄色的悬浊液，滴加本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂，其特征是：其中Zn2+掺杂量x为1~10?mol%，该可见光催化剂通过以下方法制备而成：1）?将NH4VO3溶解于NaOH溶液中得到透明溶液A；其中NH4VO3与NaOH的摩尔比为0.1~0.3；2）将Bi(NO3)3·5H2O和Zn(NO3)2·6H2O溶解于HNO3溶液中，磁力搅拌得到溶液B，其中Bi3+、Zn2+摩尔数之和与V5+摩尔数之比为1:1，Bi3+与Zn2+的摩尔比为(1?x):?x，NH4VO3与HNO3的摩尔比为0.1~0.3；3）然后在不断搅拌的情况下将溶液A逐渐滴加到溶液B中，形成黄色悬浊液，再用NaOH溶液调节体系pH值为1~9，继续搅拌1~3?h得到前驱物溶液；4）将前驱物溶液转移至反应釜中，反应釜体积填充度为70%?80%，放入烘箱中在150~180℃温度下水热处理12~24?h；反应完全后利用离心沉降，并将得到的黄色沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤2~3次，至滤液的pH值为中性；在75~90℃条件下干燥4~8?h，得到催化剂；其中，以上步骤中所用HNO3溶液的摩尔浓度为2~4?mol/L；所用NaOH溶液的摩尔浓度也为2~4?mol/L。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：缪菊红，姜颖锋，雍海波，徐健，仲鹏鹏，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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