[发明专利]钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂及其制备方法和应用，该双Z型光催化剂以钒酸铋为载体，载体上修饰有氮掺杂碳量子点和氧化亚铜。其制备方法包括：制备钒酸铋前驱体溶液，并将其与氮掺杂碳量子点溶液混合进行水热反应，所得产物与一水醋酸铜、氢氧化钠、葡萄糖、水混合，搅拌，制得本发明双Z型光催化剂。本发明双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、氧化还原能力强、光催化活性高等优点，其制备方法具有工艺简单、条件易控、原料简单易得、成本较低等优点。本发明双Z型光催化剂可用于将降解抗生素废水，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。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种双Z型光催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双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。水环境中的抗生素主要来自于工业废水、医院废水、制药废水和水产养殖废水的排放。抗生素是一种持久性污染物（POPs），在水环境中不断地积累并对人类健康造成严重的威胁。因此，去除水环境中的抗生素已成当务之急。

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。构造异质结是改善钒酸铋光催化性能的主要途径，常见的异质结有p-n型异质结和Z型异质结。Z型异质结较p-n型异质结性能更优，因为Z型机制半导体可以保留较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。此外，由于Z型机制半导体的构建，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，如何全面改善基于钒酸铋的二元Z型光催化材料存在的光吸收效率低、光催化活性低等问题，是本领域亟需解决的技术难题，而获得一种光吸收效率高、光生电子-空穴分离效率高、氧化还原能力强、光催化活性高的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双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，提供一种光吸收效率高、光生电子-空穴分离效率高、氧化还原能力强、光催化活性高的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双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：

一种钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，所述钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂是以钒酸铋为载体，所述钒酸铋上修饰有氮掺杂碳量子点和氧化亚铜。

上述的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双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%；所述氧化亚铜的质量分数为5%～20%。

上述的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双Z型光催化剂，进一步改进的，所述钒酸铋为板状结构；所述氧化亚铜为球状结构；所述氮掺杂碳量子点的直径＜10 nm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的钒酸铋/氮掺杂碳量子点/氧化亚铜双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；