[发明专利]一种还原氧化石墨烯/钒酸铋/氮化碳复合材料的制备方法及用途

说明书

本发明属于纳米材料领域，公开一种还原氧化石墨烯/钒酸铋/氮化碳Z型异质结复合光催化剂的制备方法，包括热聚合尿素制备石墨相氮化碳(g‑C₃N₄)，Hummers法制备氧化石墨烯并进一步制备还原氧化石墨烯，和水热法制备还原氧化石墨烯/钒酸铋/氮化碳复合材料。Z型异质结的构筑提高了可见光利用率，减小了光生电子空穴复合率。该材料可用于光降解抗生素污染物，这对环境治理具有重要的意义。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，涉及一种还原氧化石墨烯/钒酸铋/石墨相氮化碳复合纳米材料的制备方法，具体说是一种Z型异质结构的还原氧化石墨烯钒酸铋/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法与用途。

技术背景

石墨相氮化碳(graphitic carbon nitride，g-C₃N₄)，作为一种新型非金属聚合物半导体材料，具有带隙(2.7eV)窄、无毒、成本低、热稳定性好等特性，引起人们的广泛关注。然而，在实际应用中单纯的g-C₃N₄光生电子-空穴对易复合，导致光催化活性较低。近年来，构筑Z型光催化体系是一个提高半导体光催化性能的有效方法，这种特殊的异质结不仅可以有效分离电子和空穴，还能保持光生载流子优良的氧化还原能力，提高光催化效率。迄今，大量g-C₃N₄基的全固态Z型异质结体系已被应用在光催化污染物降解和光催化分解水领域中。例如Bi₂O₃/g-C₃N₄(Journal of Hazardous Materials,2014,280:713-722.)， g-C₃N₄/Nanocarbon/ZnIn₂S₄(Chemical Communications,2015,51(96):17144-17147.)。钒酸铋(BiVO₄)是一种可见光响应的光催化剂，具有带隙窄、制备简单等优点。BiVO₄具有合适的带隙边缘(ECB＝0.46eV，EVB＝2.86eV)，可与g-C₃N₄(ECB＝-1.12eV，EVB＝ 1.59eV)形成的固态Z型光催化系统。石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成的二维的蜂窝状晶格结构的薄膜，具有导电性高，比表面积大，载流子迁移率较高等特性。在Z 型异质结系统中引入石墨烯烯作为二元异质结构材料的固态电子介质，光生电子-空穴对的分离效率和光催化活性将进一步提升。

到目前为止，尚未发现有制备还原氧化石墨烯/钒酸铋/石墨相氮化碳Z型异质结复合纳米材料及其光催化应用的文献资料报道。所得复合材料对抗生素盐酸四环素(TC)具有良好的光催化降解性能和可循环稳定性能，且制备过程绿色环保，在抗生素的废水处理中有潜在的应用前景。

发明内容

本发明针对钒酸铋/石墨相氮化碳可见光催化效率低的问题,提供了一种简单的还原氧化石墨烯/钒酸铋/石墨相氮化碳光催化材料制备方法。该制备方法以简单易行的水热法合成RGO/BiVO₄/g-C₃N₄复合材料，制备得到的光催化剂具有较好的可见光催化效率。

本发明技术方案如下：

(1)制备石墨相氮化碳(g-C₃N₄)粉末，备用：

将烘干的尿素放置于半封闭的坩埚中，将坩埚转移至自动程序控温的升温管式炉中，以2～4℃/min的升温速率升温至480～560℃煅烧2～5h；待自然冷却至室温后，取出，用研鉢充分研磨至粉末状后，用20～50mL稀HNO₃清洗数次，去除残留碱性物，离心，水洗醇洗数次，干燥。

(2)制备还原氧化石墨烯(RGO)，备用：