[发明专利]一种CdS/BiVO4复合半导体光催化剂、制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料制备技术领域，涉及一种光催化剂及其制备方法，特别是 一种CdS/BiVO₄复合半导体光催化剂、制备及应用。

背景技术

目前人们开发的许许多多半导体光催化剂如TiO₂、钽酸盐、铌酸盐等带隙较宽，使 得光催化剂只有在紫外光范围才能发生响应，而太阳光总能量中仅有5％波长位于 400nm以下的紫外光部分，显然不足以实现有效利用，同时我们知道太阳光能量主要集 中可见光范围，一般波长为400-700nm，这部分能量占到总能量的43％左右。因此为 提高太阳能利用率，最终实现光催化技术产业化应用，研制具有可见光响应的且转换效 率较高的光催化剂势在必行。

单斜晶系BiVO₄是一种n型的半导体，文献(Lin,X.,etal.,Visiblelightphotocatalytic activityofBiVO₄particleswithdifferentmorphologies.SolidStateSciences,2014.32:p. 61-66.)报道了其制备的多种形貌的BiVO₄，其禁带宽度在2.07-2.21eV之间，因此它本 身就是一类具有可见光响应的催化材料，常用水热法、固相法、超声化学法以及化学沉 积法等合成单斜相BiVO₄。BiVO₄的导带电位为0V，光生载流子极易复合,而且吸附反 应物的性能较差,可见光活性得不到充分的利用.为了有效分离其光生电子-空穴对,增 强吸附性能,常用金属掺杂或金属氧化物负载来改善BiVO₄晶体的可见光利用率。

另外CdS是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，属于直接带隙半导体化合物，CdS的禁 带宽度为2.4eV，具有良好的发光性能和光电转换特性，在发光二级管、光电器件、太 阳能电池、光催化、非线性光学等领域有着广泛的应用。但使用CdS单独作为光催化剂 时，存在光腐蚀现象，降低了光生空穴的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设备简单、工艺简单、产品性能优异的CdS/BiVO₄复合 半导体光催化剂及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种纳米光催化剂CdS/BiVO₄的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)BiVO₄纳米粉体的制备

将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于稀HNO₃中，置于磁力搅拌器上搅拌30min；将适量NH₄VO₃溶于NaOH溶液中，置于磁力搅拌器上搅拌30min；将上述两溶液混合，置于磁力搅拌 器上搅拌30min，将混合溶液转移至高压反应釜，调节pH，加热保温；取出自然冷却， 将得到的溶液离心，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，在低于80℃下干燥，得到BiVO₄。

(2)CdS/BiVO₄复合半导体的制备

称取适量CdCl₂和Na₂S·9H₂O溶于20ml的去离子水中，将(1)中制得的BiVO₄加入混合溶液中，置于磁力搅拌器上搅拌30min，然后转移至高压反应釜内衬中，再超 声5min；将混合溶液转移至高压反应釜，加热保温；取出自然冷却，将得到的溶液离 心，用去离子水和无水乙醇洗涤，在低于80℃下干燥，得到CdS/BiVO₄。

在(1)中的稀HNO₃的浓度为2-4mol/L，NaOH溶液浓度为2-5mol/L，加热温度140-180 ℃，时间4-8h；

在(2)中CdCl₂与Na₂S·9H₂O物质的量比为1：(1.1-2)，所述称取的CdCl₂与BiVO₄物质的量比为1：(1-3)，加热温度140-180℃，时间3-5h

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出效果：