[发明专利]一种纳米棒状非金属掺杂BiPO4光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种纳米棒状非金属掺杂BiPO₄光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

当今社会快速发展造成的环境污染已成为人们日益关注的问题，如何解决人类社会所面临的各类污染问题已成为一项重要问题。近年来，光催化氧化技术处理有机污染物由于具备能力强、效率高、无二次污染等优点，在环境研究领域得到学者们的广泛研究。目前，铋系半导体及其无机化合物因其具有很好的光电转换效率和稳定的光化学性能，并有较强的光吸收能力以及对有毒有机污染物显著的氧化能力而受到广泛地关注。

BiPO₄作为一种含氧酸盐新型光催化剂具有以下特点：(1)磷酸根离子结构稳定性好，容易结晶而不易产生氧空位缺陷；(2)磷酸根离子很难被化学还原，不易被光腐蚀；(3)磷酸根离子拥有较大的负电荷，会产生很大的诱导效应；(4)紫外光照射下具有较高的光催化活性；(5)成本相对较低，环境友好；以上这些优势均预示BiPO₄光催化剂是拥有潜力的一类光催化剂。但由于其带隙较宽，对可见光的利用率还不够理想。为此，人们采用多种手段对BiPO₄进行改性，例如Huang等人研究了Eu³⁺和Gd³⁺掺杂的BiPO₄粉体的光催化性能，实验表明Eu³⁺和Gd³⁺的掺杂较大地提高了BiPO₄粉体的光催化活性，[Huang，H.W.，et al.Journal of Materials Research，2013，28:2977-2984]。Liu等人采用水热法合成了F-BiPO₄光催化剂，实验结果表明F掺杂后取代O离子，导致BiPO₄的诱导偶极矩增大，引起光生载流子的分离率提高，光催化活性增强，[Liu，Y.F.,et al.Applied Catalysis B:Environmental，2014,145:851-857]。

迄今为止，尚无文献和专利报道过以葡萄糖(C₆H₁₂O₆)为碳源，迭氮钠(NaN₃)为氮源，采用微波水热法制备C/BiPO₄和N/BiPO₄光催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米棒状非金属掺杂BiPO₄光催化剂及其制备方法和应用，该方法流程少、操作简单、反应时间短、反应条件温和，合成的纳米棒状非金属掺杂BiPO₄光催化剂具有较高的光催化活性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纳米棒状非金属掺杂BiPO₄光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将Bi源、P源和掺杂物质溶于水中，搅拌均匀并调节pH值呈弱酸性，形成前驱体；其中掺杂物质为C源或N源，Bi元素的物质的量与C元素或N元素的物质的量之和等于P元素的物质的量；

步骤2：将前驱体放入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜放到微波水热仪中，采用微波水热法进行反应，直至反应完全，反应完成后将生成的沉淀取出，洗涤、干燥，得到纳米棒状非金属掺杂BiPO₄光催化剂。

所述的Bi源为Bi(NO₃)₃·5H₂O，P源为Na₃PO₄·12H₂O，C源为C₆H₁₂O₆，N源为NaN₃。

当掺杂NaN₃时，加入的N元素与Bi元素的摩尔比为(3.1～26.6):100；

当掺杂C₆H₁₂O₆时，加入的C元素与Bi元素的摩尔比为(7.5～58.7):100。

当掺杂NaN₃时，加入的N元素与Bi元素的摩尔比为3.1:100、5.3:100、9.9:100、17.6:100或26.6:100；