[发明专利]一种Ag-(010)晶面BiVO4光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ag‑(010)晶面BiVO₄光催化剂及其制备方法。用水热法制备(010)暴露晶面的单斜相BiVO₄，再用光照还原法将AgNO₃还原为Ag沉积在BiVO₄的(010)晶面，制备了Ag‑(010)晶面BiVO₄光催化剂。Ag作为电子介体，有利于电子和空位的传递和分离，同时具有SPR效应，增加了近红外区(750～1500nm)光吸收，使光催化剂有在可见光区和近红外区催化降解有机物方面的应用。

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种Ag-(010)晶面BiVO₄光催化剂及其制备方法。

背景技术

BiVO₄主要有三种晶体结构，分别为四方白钨矿结构、单斜白钨矿结构和四方锆石结构。四方相主要在紫外光区有吸收带，而单斜相的BiVO₄除了紫外光区吸收带外，在可见光区也有明显的吸收带。由于具有能隙窄、可见光催化活性高等优点被广泛应用于光催化领域。然而BiVO₄催化剂存在比表面积小、光量子利用率低、电子和空穴复合几率高、吸附性能差、光生载流子难以迁移等问题，研究者提出可通过两方面提高BiVO₄的光催化性能，一是提高BiVO₄本身的活性，如提高结晶度，改善形貌，增加高活性晶面的暴露等。其中单斜相钒酸铋的(010)晶面提供了多原子BiVO₄中心，可能是光催化产氧活性点的起源特别有助于催化剂表面高活性氧化活性物种·OH的产生，提高降解率；二是对BiVO₄进行改性如：金属沉积、非金属掺杂、表面修饰、与有机物杂化、半导体复合等；其中，贵金属沉积的原理就是利用贵金属比较低的Fermi能级，当贵金属和半导体接触后，不同的Fermi能级使得两者的结合处形成空间电荷区，且电子向贵金属表面迁移，半导体处则聚集正电荷，这样就形成了肖特基势垒，从而减弱电子与空穴的复合，使得改性后的材料光催化能力得到显著提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ag-(010)晶面BiVO₄光催化剂及其制备方法，采用光照还原法进行复合，工艺流程较其它化学合成法简单，成功的制备出Ag-(010)晶面BiVO₄光催化剂，使光催化剂有在可见光区和近红外区下催化降解有机物方面的应用。

为了达到上述目的，本发明的制备方法如下：

步骤1：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于稀HNO₃中，搅拌10～50min后再加入NH₄VO₃，搅拌80～140min，形成前驱液A；其中Bi(NO₃)₃·5H₂O与NH₄VO₃的摩尔比为1:1，前驱液A中Bi³⁺的浓度为0.1～0.3mol/L；

步骤2，将前驱液A在70～90℃下水热反应13～16h，反应结束后，将沉淀洗涤、干燥，得到(010)晶面BiVO₄粉体；

步骤3，将(010)晶面BiVO₄粉体溶于去离子水中得到浓度为6.25g/L的BiVO₄水溶液，按AgNO₃的质量为BiVO₄的5％～40％向BiVO₄水溶液中加入AgNO₃在暗态、搅拌下溶于BiVO₄水溶液中，制得前驱液B；

步骤4，将前驱液B在搅拌条件下置于紫外光环境中光照2～8h后，洗涤、干燥后即得到Ag-(010)晶面BiVO₄光催化剂。

所述步骤2和步骤4中的干燥是在60～80℃恒温干燥8～10h。