[发明专利]一种氧化铟-钒酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米光催化剂材料领域，特别涉及一种复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化反应是光催化剂材料利用光能进行物质转化的一种方式，是物质在催化剂和光的同时作用下所进行的一种化学反应。光催化是由催化化学、半导体物理、光电化学、环境科学和材料科学等众多学科交叉的新兴研究领域。在当今世界环境污染问题和能源危机越来越严重的情况下，光催化技术以其可直接利用太阳光能作为反应光源来驱动反应的特点，而成为一种备受瞩目的环境污染修复净化技术和清洁能源生产技术。利用光催化技术，可以实现环境中各类型的有机污染物的降解，使之最终矿化为无毒性的二氧化碳和水，从而实现水体和空气的净化；又可以把太阳能转化为可供人类使用的电能；还可以利用太阳光光解水制取绿色洁净能源氢气，从而替代人类即将枯竭的化石燃料等不可再能源。

传统的光催化半导体材料二氧化钛因其过宽的禁带宽度使其只能有限的利用太阳光谱中的紫外光，却无法利用可见光。于是，越来越多的研究学者开始把更多的精力投入到探索和寻找具有可见光响应的同时具有高催化活性的新型光催化剂。近些年来，许多的研究者发现，带隙能为2.4eV的钒酸铋在可见光区具备很高的光响应能力，能够在可见光条件下光降解有机污染物，是一种非常有潜在用途的光催化剂。但是单纯的钒酸铋作为光催化剂也面临着一些问题，例如：比表面积过小，吸附能力较差，而且光生载流子难以分离，电子空穴对容易复合等，这些缺陷都限制了钒酸铋的光催化性能。

发明内容

本发明要解决的问题在于，传统的钒酸铋单体催化剂具有比表面积过小，吸附能力差，而且光生载流子难以分离，电子空穴对容易复合等缺陷，这些缺陷都限制了钒酸铋的光催化性能，构建了一种能够促进电荷高效分离、具有高光催化活性的氧化铟纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂及其制备方法，该复合光催化剂中氧化铟纳米粒子离散地复合于钒酸铋的表面，有利于暴露出高活性的氧化铟-钒酸铋相界面，在环境污染控制、能源等领域具有广泛的应用前景；同时该复合光催化剂的制备方法简单、成本低廉、重复性好，能够很好地满足量产要求。

一种氧化铟-钒酸铋复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硝酸铋和硝酸铟粉溶于硝酸中制得酸性混合液，将偏钒酸铵溶解于氢氧化钠溶液中配制成钒酸钠溶液；其中，偏钒酸铵与硝酸铋、硝酸铟的摩尔比为1:1:1；

(2)然后将步骤(1)制得的溶液混合，搅拌，生成橙黄色的沉淀物，然后加入碱性溶液调节pH值为7，充分搅拌；

(3)将步骤(2)得到的混合液经水热反应后，再进行煅烧，即制得氧化铟-钒酸铋复合光催化剂。

步骤(3)水热反应的温度为150～200℃，反应时间为20～30h；煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为1.5～3.0h。

步骤(3)水热反应的温度为180℃，反应时间为24h；煅烧温度为500℃，煅烧时间为2h。

所述步骤(2)所述碱性溶液为氢氧化钠溶液。

所述水热反应后的产物冷却至室温，用去离子水清洗后，过滤、干燥、研磨后再进行煅烧。

所述干燥的温度为60℃，时间为24h。

步骤(1)所述硝酸的浓度为4M，氢氧化钠溶液的浓度为4M。

上述方法制备的氧化铟-钒酸铋复合光催化剂，所述钒酸铋为块状，直径为500-600nm，氧化铟纳米粒子离散地复合于钒酸铋表面，所述氧化铟纳米粒子的粒径为10-50nm。

本发明将氧化铟与钒酸铋二者进行复合，氧化铟与钒酸铋进行复合是一种有效的改性技术，通过复合，在氧化铟与钒酸铋之间构建氧化铟-钒酸铋异质结构，在异质结构中，光生电子和空穴分别向钒酸铋和氧化铟转移，从而提高了光生电荷的分离效率，实现光生载流子的有效分离，进而提高材料的光催化性能。本发明复合光催化剂可在可见光下，进行光催化降解甲基蓝(MB)。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明构建出一种氧化铟纳米粒子离散复合于钒酸铋的复合光催化剂，这与传统的块状钒酸铋单体催化剂相比，复合催化剂具备更大的比表面积，有利于提高催化剂的催化活性。

(2)本发明制备的氧化铟-钒酸铋复合光催化剂，具备比传统钒酸铋单体催化剂更佳的可见光响应能力，有利于提高催化剂的催化活性。

(3)本发明实现了氧化铟与钒酸铋的复合，形成了氧化铟-钒酸铋异质结构，这种结构非常有利于光生载流子的分离，降低了电子空穴对的复合效率，提高了催化剂的催化性能。