[发明专利]磷酸银/氮掺杂碳量子点/钒酸铋Z型光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磷酸银/氮掺杂碳量子点/钒酸铋Z型光催化剂及其制备方法和应用，该Z型光催化剂以钒酸铋为载体，钒酸铋上修饰有氮掺杂碳量子点和磷酸银。其制备方法包括制备氮掺杂碳量子点修饰钒酸铋材料；将氮掺杂碳量子点修饰钒酸铋材料与硝酸银、十二水合磷酸氢二钠在水中混合，搅拌，得到本发明Z型光催化剂。本发明的Z型光催化剂具有光吸收效率高、光生电子‑空穴分离效率高、光催化活性高、氧化还原能力强等优点，能够高效降解抗生素废水，具有应用方法简单、降解效率高、重复利用性好的优点，有着很好的实际应用前景。本发明制备方法具有制备工艺简单、操作条件易控、原料简单易得、制备成本较低等优点，适于连续大规模的批量生产。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种Z型光催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种磷酸银/氮掺杂碳量子点/钒酸铋Z型光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

抗生素作为治疗致病性细菌感染的重要药物，在全世界广泛使用。如今，抗生素在生态系统中不断的积累已经成为一种持久性的污染物，严重威胁到人类健康。将半导体光催化技术应用于降解水中抗生素等有毒有害持久性污染物对解决水污染问题具有重大意义。然而，半导体光催化材料的宽带隙和吸光效率低是限制其大规模应用的主要因素。因此，积极开发高效可再生的具有可见光响应的半导体光催化剂，对充分利用太阳能具有重要的意义。

钒酸铋（BiVO₄）是一种具有可见光响应的光催化材料，因其具有合适的带隙、相对较高的光稳定性、独特的晶体结构和绿色无毒等特性，被广泛地应用光催化领域，如光催化水裂解、选择性光有机合成以及空气或水中有机污染物的净化等方面。然而，钒酸铋存在吸光效率低、光生载流子分离能力较弱、光催化活性差等缺点，不利于光催化剂的光能转化、高效降解水中污染物和循环利用，从而限制了此材料的应用。近年来，随着对半导体Z型机制的不断深入研究，为解决钒酸铋存在的上述问题提供了新的思路和途径。Z型机制半导体不仅可以保留强氧化性价带和强还原性的导带以获得较高的氧化还原性能，而且，由于Z型半导体的构建，光生电子-空穴分离速率得到了极大的提高，但是二元Z型光催化材料仍存在光吸收效率低和光催化效率低等缺点。因此，如果全面改善钒酸铋存在的光吸收效率低、光生载流子分离能力较弱、光催化活性差等问题，仍然是本领域亟需解决的技术难题，而获得一种光生电子-空穴分离效率高、光催化活性高、氧化还原能力强的磷酸银/氮掺杂碳量子点/钒酸铋Z型光催化剂，对于高效降解废水中的污染物质（如抗生素）具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种光生电子-空穴分离效率高、吸光效率高、光催化活性强的磷酸银/氮掺杂碳量子点/钒酸铋Z型光催化剂及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种磷酸银/氮掺杂碳量子点/钒酸铋Z型光催化剂，所述磷酸银/氮掺杂碳量子点/钒酸铋Z型光催化剂以钒酸铋为载体，所述钒酸铋上修饰有氮掺杂碳量子点和磷酸银。

上述的磷酸银/氮掺杂碳量子点/钒酸铋Z型光催化剂，进一步改进的，所述氮掺杂碳量子点的质量分数为0.08%～0.62%，所述磷酸银的质量分数为1%～20%。

上述的磷酸银/氮掺杂碳量子点/钒酸铋Z型光催化剂，进一步改进的，所述钒酸铋为不规则块状结构；所述磷酸银为纳米球状；所述氮掺杂碳量子点的直径＜5nm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的磷酸银/氮掺杂碳量子点/钒酸铋Z型光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将硝酸铋、偏钒酸铵与水混合，搅拌，得到钒酸铋前驱体溶液；

S2、将步骤S1中得到的钒酸铋前驱体溶液与氮掺杂碳量子点溶液混合，超声，搅拌，得到混合溶液；

S3、将步骤S2中得到的混合溶液进行水热反应，得到氮掺杂碳量子点修饰钒酸铋材料；