[发明专利]一种苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种苦瓜状BiVO₄/BiPO₄异质结光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

在解决环境污染和能源危机方面，半导体光催化具有无污染、能耗低等优点，是物理、化学、环境和能源领域的研究热点。光催化剂能效和活性的提高是光催化研究的关键科学问题之一。单组分的光催化剂很难有效地同时利用紫外光和可见光，并且光生载流子复合几率高，限制了其光催化活性。

作为一种典型的铋基多功能材料，BiPO₄性质稳定，在磷酸盐离子传感器、微波介质、放射性元素的共沉淀与分离等领域已有了广泛的应用。然而对其光催化活性的研究近年才开始，BiPO₄有单斜相（mMBIP）、单斜相独居石结构（nMBIP）和六方相结构（HBIP）三种晶相结构，其中单斜相独居石结构的光催化活性较好。研究发现BiPO₄对多种污染物降解表现出比P25更高的紫外光催化活性，但由于带宽为3.85eV，BiPO₄仅对紫外光响应，可见光催化性能不高。

单斜晶系钒酸铋（m-BiVO₄）的带隙为2.4eV，有优秀的可见光响应，导带和价带位置适宜，在可见光或太阳光下可催化分解水和降解污染物。然而，纯BiVO₄的吸附能力差且电子-空穴对分离难，所以纯BiVO₄的催化活性不高。

针对上述两种光催化材料的优缺点，将其原位复合形成异质结构，重复发挥两种材料的优势，取长补短。有望既能扩展光谱响应范围，又能利用内建电场使载流子定向传输，促进电子-空穴高效分离，从而提高光催化效率。目前尚没有关于合成苦瓜状BiVO₄/BiPO₄异质结光催化材料以提高其光催化性能的相关报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种苦瓜状BiVO₄/BiPO₄异质结光催化材料，解决了磷酸铋可见光催化活性不高和钒酸铋光生载流子分离难的问题，复合光催化剂表现出较高的可见光催化活性和稳定性。

本发明解决的另一个技术问题是提供了一种合成工艺简单的苦瓜状BiVO₄/BiPO₄异质结光催化材料的制备方法。

本发明还解决的技术问题是苦瓜状BiVO₄/BiPO₄异质结光催化材料在光催化降解有机污染物、光催化分解水和光催化还原二氧化碳中的应用。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种苦瓜状BiVO₄/BiPO₄异质结光催化材料，其特征在于：所述的光催化材料是由粒径为20-30nm的单斜白钨矿型BiVO₄纳米晶和粒径为40-50nm的单斜相独居石结构BiPO₄纳米晶组成的长椭球形异质结颗粒。

进一步限定，所述的长椭球形异质结颗粒的长度为3-4μm，该长椭球形异质结颗粒的中部直径为0.8-1.2μm。

本发明所述的苦瓜状BiVO₄/BiPO₄异质结光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将NH₄VO₃和NaH₂PO₄•2H₂O溶于水中并搅拌混合均匀形成溶液A；（2）将Bi(NO₃)₃•5H₂O溶于乙二醇中并搅拌混合均匀形成溶液B；（3）将溶液A滴加到溶液B中并搅拌形成乳浊液，再将该乳浊液转移至水热反应釜中于160-180℃水热反应8-12小时，然后自然冷却至室温，离心分离，反复洗涤后真空干燥得到苦瓜状BiVO₄/BiPO₄异质结光催化材料。

进一步限定，步骤（1）中所述的NH₄VO₃与NaH₂PO₄•2H₂O的摩尔比为1:3。