[发明专利]一种单斜相BiVO4：Re光催化材料的高压制备方法

说明书

本发明属于光催化无机材料领域，具体涉及一种高浓度掺杂的单斜相BiVO₄：Re光催化材料的高压制备方法的专利申请。该方法以四方相锆石结构的BiVO₄：Re为原材料，包括原料预处理、封装和加压处理、泄压处理等步骤。本申请属于一种高压相变制备方法，能够较好解决现有单斜相BiVO₄：Re材料制备过程中的高浓度掺杂诱发的相分离矛盾难题。该方法不需要高温烧结，不需要添加助融剂，制备工艺简便易操作，常温即可制备，且反应时间短、能耗低，能够有效降低合成成本；所制备单斜相BiVO₄：Re材料中Re掺杂浓度较高，且不含其它杂质，物相单一，且具有良好的光催化性能和可见光活性，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化无机材料领域，具体涉及一种高浓度掺杂的单斜相BiVO₄：Re光催化材料的高压制备方法的专利申请。

背景技术

环境污染和能源危机成为制约人类社会发展的两大关键因素。在创建制约节约型、绿色文明社会的推动下，在国际能源危机的大环境下，广大科研工作者对太阳能的开发越来越关注。太阳能是一取之不尽、用之不竭的清洁能源，半导体光催化技术可以很好地把太阳能和光催化结合起来，成为解决能源和环境问题的一个热点。

BiVO₄是一种光催化性能优越的半导体材料，在水的催化分解、有机污染物的催化降解领域越来越受到重视。BiVO₄的催化性能和其结构密切相关。BiVO₄是多晶型化合物，主要有3种不同晶型，分别为四方晶系白钨矿结构、四方晶系锆石结构和单斜晶系白钨矿型结构。

单斜相白钨矿结构BiVO₄的带隙宽度为2.4eV，可以吸收紫外和部分可见光；四方相锆石结构BiVO₄的带隙为3.0eV，吸收波段比较窄，主要在紫外区域；而四方相白钨矿结构BiVO₄是一种不稳定结构，只能在高温下存在。由于其晶体结构和电子结构不同，不同结构的BiVO₄具有不同的性质。单斜相BiVO₄存在优异的光催化性能，而四方相锆石结构BiVO₄几乎没有光催化效果。

利用水热合成法，很容易获得结晶良好的单斜相BiVO₄。然而，纯相的单斜相BiVO₄体内光激发生成的电子迁移率较低，导致电子和空穴难易复合，使催化剂的光量子效率和可见光活性降低，因而纯相的单斜相BiVO₄的光催化性能并不理想。

为了提高单斜相BiVO₄的光量子效率和可见光活性，拓宽其光谱吸收范围，需要对其进行改性，从而改善其光催化性能。人们通常采用离子掺杂的手段对其改性，而稀土离子Re³⁺由于具有丰富的能级结构和较为独特的光学性能，因而稀土离子掺杂的单斜相BiVO₄：Re成为研究热点。然而，稀土离子在单斜相BiVO₄中的可溶性很低，极小量的掺杂浓度即可诱发单斜相BiVO₄转变为四方相锆石结构BiVO₄。虽然四方相锆石结构BiVO₄中可掺杂大量的稀土离子，但是四方相锆石结构BiVO₄的光催化性能很弱。因而，如何改善稀土离子在单斜相BiVO₄的可溶性，提高其的掺杂浓度，同时能够保持其单斜相结构，获得优异的光催化性能，成为当前面临的一个难题。

发明内容

本发明目的在于提供一种以四方相锆石结构的BiVO₄：Re为原料，利用高压相变方法制备单斜相结构BiVO₄：Re的制备方法，从而一定程度解决光催化材料BiVO₄在掺杂浓度和相分离之间的矛盾。

本申请的技术方案详述如下。