[发明专利]一种三维有序大孔InVO4可见光响应型光催化剂、制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有可见光响应的三维有序大孔材料，具体地说涉及在可见光照射下可以高效降解亚甲基蓝等有机染料的光催化材料、制备及应用，属于光响应型催化剂技术领域。

背景技术

InVO₄属于原钒酸盐（MVO₄）一类的化合物，具有正交和单斜两种晶系。钒酸铟因其优良的电化学性质可以作为可充电式锂离子电池的阳极材料。在清洁能源方面，由于具有可见光响应特性，钒酸铟不仅可以在可见光照射下光催化降解有机污染物，还可以光催化分解水制氢，因此近些年引起了学者广泛的关注。

InVO₄的合成主要有固相合成法、溶胶-凝胶法和水热法等。Ye等（J.Ye，et al.，J.Chem.Phys.Lett.2002,356:221）通过高温固相反应法制备了能够在可见光照射下分解水制氢的新型光催化剂I nMO₄(M=V，Nb，Ta),它们的禁带宽度分别为1.9eV、2.5eV和2.6eV。然而高温固相法具有温度要求高、反应时间长且生成产物不可控、尺寸不均匀等缺点。胥利先等(胥利先等,催化学报，2006,27:100-102)采用模板剂水热合成法制备了大比表面积的介孔InVO₄光催化剂，通过改变温度得到单斜型和斜方型结构。在700℃焙烧所得样品在紫外光照射下分解水制氢速率可高达1836μmol/(g h)。Zhang等(L.Zhang,et al.，J.Solid State Chem.2006，179:804)采用溶胶-凝胶法，将一定计量比的In(OH)₃和V₂O₅溶于二乙烯三胺五乙酸(DTPA)溶液中产生溶胶质，600℃焙烧制得正交型InVO₄，平均粒径为80nm。Xiao等(G.C.Xiao,et al.，Chinese J.Inorg.Chem.2004，20：195)利用水热法，以InCl₃和NaVO₃为金属源，经180℃水热反应4h制得InVO₄，粒径为20-40nm。Huang和Yu（Q.M.Huang,J.C.Yu,Chinese J.Struct.Chem.2005,24:1242 1248）以InCl₃和NaVO₃为金属源，In/V摩尔比为1/2，在150-210℃下水热处理4h，得到粒径为20-40nm的纯相InVO₄催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备具有三维有序大孔结构并能够在可见光响应下高效降解亚甲基蓝（MB）的InVO₄催化剂、制备方法。该催化剂具有三维有序大孔结构并孔壁上具有介孔的钒酸铟催化剂其比表面积大、空隙率高，催化活性更优越。迄今为止，尚无文献和专利报道利用模板法成功地合成出具有三维有序大孔结构的InVO₄催化剂。

一种三维有序大孔InVO₄可见光响应型光催化剂，其特征在于，该催化剂为具有三维有序大孔结构并孔壁上具有介孔的钒酸铟催化剂，平均孔径为130~170nm，孔壁介孔孔径为2~10nm，带隙能为2~3eV。

上述三维有序大孔InVO₄可见光响应型光催化剂的制备方法，其特征在于，采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球模板法制备，具体包括以下步骤：

（1）在搅拌条件下，将等摩尔比的硝酸铟（In(NO₃)₃·4.5H₂O）、偏钒酸铵和络合剂（柠檬酸、酒石酸或抗坏血酸）溶解到去离子水和不同配比的无水甲醇与乙二醇的混合溶液中，搅拌1h至完全溶解，其中每10mmol硝酸铟对应7ml去离子水，每10mmol硝酸铟对应无水甲醇与乙二醇共9ml，并且无水甲醇与乙二醇的体积比为7.5:1.5-1.5:7.5；

（2）称取排列有序的硬模板聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）于前躯体溶液中浸渍，经真空抽滤后室温干燥；优选步骤（1）中每10mmol的硝酸铟对应4g聚甲基丙烯酸甲酯，浸渍时间优选3h；

（3）在管式炉中于氮气气氛下以1-2℃/min的速率从室温升至300℃并在该温度下保持3h，待炉温冷却至室温后在空气气氛下以1-2℃/min升温速率从室温升至500℃并在该温度下保持4h，得到单斜相三维有序大孔结构的InVO₄催化剂。