[发明专利]一种离子自吸附BiVO4多面体的制备方法和用途

说明书

本发明公开离子自吸附BiVO₄多面体的制备方法，包括以下步骤：(1)制备Au纳米颗粒，把NaBH₄加入到20‑40倍质量且浓度为1mmol/L的HAuCl₄溶液中后依次洗涤、干燥，得到Au纳米颗粒；(2)制备BiVO₄多面体，1mmol NH₄VO₃和1mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于10‑20ml的2mol/L的硝酸水溶液中，调节溶液pH值至2，并加入0.13mmol的Au纳米颗粒，在180±20℃下进行24±6h水热反应，最后依次洗涤、干燥，得到BiVO₄多面体。本发明制备条件温和，溶剂热温度低，工艺简单节能；本发明制备方法合成的BiVO₄多面体具有优异的光催化分解水出氧性能。

技术领域

本发明涉及在溶液中采用离子自吸附方法获得多面体BiVO₄的制备方法以及应用于光催化分解水出氧反应中，属于新材料技术领域。

背景技术

能源危机是人类二十一世纪面临的主要难题之一，严重制约了经济发展，如何解决这一难题给人类提出了巨大挑战。氢能作为一种可再生的未来清洁能源，具有燃烧值高、燃烧产物无污染、利用途径多等优点，受到人类的广泛关注。目前，工业上大量氢燃料来自于煤、石油、天然气的重整热裂解，特别来自煤炭的转化，这种方法消耗不可再生的化石能源，同时产生大量温室气体，给环境带来污染。长远来看，利用太阳能分解水是未来能源的主要来源，具有重大的现实意义。1972年，Fujishima和Honda在Nature 杂志上发表了在近紫外光照射下，TiO₂电极分解水产生氢气的论文，开启了利用太阳光催化水制氢的途径。但光电分解水需要消耗额外的电能，光电极的制备比较麻烦并易于光化学腐蚀。因此，二十世纪八十年代到九十年代中期光催化成为太阳能制氢极具吸引力的方向，引起人类的广泛研究。与光电化学池比较，半导体光催化分解水制氢的反应大大简化，不需要消耗额外的电能和复杂的电极的制备工艺，这可以大大降低制造成本，有利于大规模制造和应用。

光解水主要利用的是光生电子的还原性和光生空穴的氧化性。在光解水中，TiO₂并不像它在光催化反应中那样占据主导地位，新型非TiO₂系的光催化剂广泛应用于这一反应。光解水时光生电子由H+俘获产生H₂，h+由牺牲性溶剂俘获或OH^-俘获产生O₂。由于释放一个分子的H₂要两个电子，而四个空穴才能放出一分子的氧气，所以光解纯水时，在催化剂表面会有大量的空穴累积，造成半导体微粒上产生的电子空穴对极易复合。这样不但降低了转换效率，而且也影响光解水同时放氢速率。现阶段解决的办法是，加入助催化剂如Rh、Pt、NiO等，金属助催化剂的作用机制主要功能是聚集和传输电子，同时也降低H₂的过电位，促进光还原水放氢反应；而半导体助催化剂，如NiO的作用主要是在吸收可见光后，将电子注入到TiO₂的导带中，这样使电子、空穴分别转移至助催化剂和催化剂表面，提升了电子和空穴的分离效率，促进H₂生成。而如何从原子尺度研究载流子的界面传输和表面原子与催化反应前驱体(如H₂O，CO₂，有机染料等) 方面研究光催化反应的机理显得尤为重要。同一晶体暴露面上原子尺度的研究没有不同暴露面间的棱边、台阶对催化的影响，使研究更加简洁化。