[发明专利]一种钒酸铋/二氧化钛复合光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钒酸铋/二氧化钛复合光催化材料的制备方法，属于半导体复合光催化材料制备方面的技术领域。

背景技术

在众多半导体光催化剂中，TiO₂被公认为是最具开发前途的环保型光催化材料。太阳光谱中紫外光占5％，可见光占47％，而TiO₂光催化剂禁带宽度较宽，只能吸收紫外光能量，因此太阳能利用率较低。BiVO₄作为一种新型的可见光半导体光催化剂，是一种性能优越的窄禁带半导体，对可见光有着良好的吸收响应并且具有一定的耐酸碱性和化学稳定性。然而，单纯的BiVO₄催化剂存在比表面积小、吸附性能差、光生载流子难以迁移等问题。研究者们提出将BiVO₄与TiO₂复合，二者之间形成的异质结拓宽了其光谱响应，提升了复合材料的可见光催化活性。

二氧化钛半导体同另一种半导体复合之后，禁带宽度窄的半导体可以吸收波长更长的光，催化剂的吸收范围红移，催化剂的催化效果增强，并且增加了对太阳光的吸收。导带电势略低的半导体的导带中的光生电子移动到电势略高的半导体导带之中，光生空穴向反方向移动，促使其和光生电子的分离，使催化剂的催化效果提高。半导体复合的原理是，一种非二氧化钛颗粒对二氧化钛进行修饰，复合后的产物使得电荷易于分离，同时二氧化钛的光吸收范围发生扩展，达到可见光范围。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有技术的不足，提供一种钒酸铋/二氧化钛复合光催化材料的制备方法。该制备方法操作简单，工艺简便，通过将TiO₂和另一种半导体钒酸铋进行复合，使复合后的半导体光吸收范围扩展至可见光，增加了二氧化钛对太阳光的吸收效率，并且提高了催化性能。

本发明所采用的技术方案为：一种钒酸铋/二氧化钛复合光催化材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将硝酸铋溶解于一定浓度的硝酸溶液中，搅拌均匀后得到乳白色溶液A。

(2)将钒酸胺溶解于一定浓度的氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后得到溶液B，将B液缓慢加入到A液中，调节溶液PH为5～7，搅拌均匀后得到黄色澄清溶液C。

(3)将溶液C放入到高压反应釜中，在高温高压环境中反应一段时间后，将生成的橙黄色沉淀过滤，水洗，烘干后，得到钒酸铋。

(4)将10ml钛酸丁酯溶于25ml无水乙醇中，再加入2ml冰乙酸，得到溶液D。将12.5ml无水乙醇与2ml蒸馏水混合均匀后，得到溶液E。

(5)将溶液E缓慢加入到溶液D中，再加入适量钒酸铋并混合均匀后，将其常温静置3～8h，待其形成凝胶后，再放入烘箱中烘干。

(6)将烘干后的样品放入电阻箱中，在400℃下煅烧1～2h后，水洗，烘干，即得到钒酸铋/二氧化钛复合光催化材料。

在步骤1中，硝酸铋的加入量为4～5g，硝酸的加入量为20～60ml，浓度为1～4moL/L。

在步骤2中，钒酸胺的加入量为1～2g，氢氧化钠的加入量为20～60ml，浓度为1～4moL/L。

在步骤3中，反应温度为120～180℃，反应时间为6～24h。

在步骤5中，钒酸铋的加入量为2～6g。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

1、将二氧化钛半导体同另一种半导体钒酸铋复合，不仅能增强粒子的表面的稳定性,而且可以改变半导体带隙的宽窄和光吸收范围，增加对光的吸收作用。

2、二氧化钛掺杂钒酸铋后，有利于催化剂中电子和空穴的分离，并且掺杂之后使二氧化钛的晶格发生畸变，新的催化剂表面增加了许多所吸附的羟基，对于羟基自由基的产生有促进作用，而且可以改变二氧化钛的电子结构，降低了二氧化钛的带隙能，提高其光催化效率。

3、纳米半导体复合光催化材料应用于环境污染问题时，反应操作简单，装置易于操作，可以不在高温条件下仅仅在室温下降解有毒有害物质，且降解过程完全绿色环保无污染，易于推广和使用。

下面结合具体实施事例，对本发明进行详细说明：

实施例1

(1)将硝酸铋溶解于一定浓度的硝酸溶液中，搅拌均匀后得到乳白色溶液A。

(2)将钒酸胺溶解于一定浓度的氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后得到溶液B，将B液缓慢加入到A液中，调节溶液PH为5～7，搅拌均匀后得到黄色澄清溶液C。

(3)将溶液C放入到高压反应釜中，在高温高压环境中反应一段时间后，将生成的橙黄色沉淀过滤，水洗，烘干后，得到钒酸铋。