[发明专利]硫化铜/钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硫化铜/钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法，该硫化铜/钒酸铋异质结光催化剂包括硫化铜和钒酸铋，硫化铜附着在钒酸铋上。其制备方法包括以下步骤：制备钒酸铋和硝酸铜的悬浮液；制备钒酸铋、硝酸铜和硫代硫酸钠的悬浮液；将钒酸铋、硝酸铜和硫代硫酸钠的悬浮液进行水浴反应，得到硫化铜/钒酸铋异质结光催化剂。本发明硫化铜/钒酸铋异质结光催化剂具有可见光响应范围广、量子效率高、光催化活性高等优点，是一种新型半导体光催化材料，有着很好的应用价值和应用前景，其制备方法制得的催化剂结晶程度高且制备过程无杂质产生，且具有工艺简单、反应条件温和、操作方便、清洁无污染等优点，适合于大规模制备，便于工业化利用。

技术领域

本发明属于功能型纳米材料领域，涉及一种异质结半导体光催化剂及其制备方法，具体涉及一种硫化铜/钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着医药学的不断发展以及人们对药物等医学用品需求的增加，越来越多的制药厂应运而生。在所生产的药物中，抗生素被广泛用来治疗细菌感染，但在抗生素的生产过程中，由于工厂对所排放的含抗生素的废水管理不当，使得废水排入河流湖泊，再通过污染物在水环境中蓄积作用，对水生生物造成危害。为了解决污染问题，许多降解抗生素的技术得到了发展。近年来，半导体光催化技术吸引了越来越多人的注意，该技术的核心是光催化剂。利用光催化剂对有机污染物进行降解，其原理是利用光催化剂吸收光能，在半导体内产生光生电子-空穴对，电子-空穴对可以和水中的水和氢氧根反应生成羟基自由基和超氧自由基，进而依靠产生的活性基团把吸附在半导体上的污染物分解为无机物。目前，二氧化钛是一种常用的半导体材料，但是其禁带宽度较宽，只能对紫外光响应，严重限制了其实际应用。

近期，人们对于铋系材料进行了深入的研究，铋系半导体由于其价带是由Bi的2s和O的2p轨道组成，使其拥有较窄的禁带宽度。铋系半导体中，钒酸铋由于具有有效的可见光响应，较窄的禁带宽度和较高的价带位置等特点，吸引了越来越多学者的注意力，并且通过制备出了纳米线状、纳米介孔球状、纳米片状等特殊结构的半导体材料，有效的提高了纳米材料的比表面积，提高光利用率，但是钒酸铋纳米材料具有较高的光生电子-空穴复合效率、较窄的可见光吸收范围（小于460 nm），这限制了其在实际中的应用。因此，如何有效的抑制钒酸铋光生载流子的复合以及拓宽其可见光吸收范围以提升钒酸铋的光催化性能是现有科学研究中所面临的难题。

目前，常用的钒酸铋修饰方法包括贵金属负载、掺杂和构建异质结等，其中异质结的构造被认为是提高光生载流子分离的最有效的方法。最近，由于硫化物具有较窄的禁带宽度和很好的可见光吸收能力，被很多著名学者广泛探索，但其仍然存在光生载流子的快速复合的问题，这也使得其实际应用受到限制。另外，现有技术中将硫化物与钒酸铋复合，所形成的复合材料中仍然存在可见光吸收范围窄、载流子复合效率高、光催化活性不足等问题，如硫化镉与钒酸铋的复合材料存在可见光吸收范围窄、载流子复合效率高、光催化活性不足等问题。此外，硫化铜/钒酸铋异质结制备过程还存在以下问题：（1）在复合材料制备过程中，钒酸铋的用量过多或过少均会对复合材料的光催化性能产生严重影响；（2）在复合材料制备过程中，若制备硫化铜的方法和所采用的原料不同，会严重影响硫化铜/钒酸铋异质结的形成，导致硫化铜无光催化活性，进而使得硫化铜/钒酸铋异质结无法形成，造成上述问题的原因可能是不同制备方法对反应条件和原料的要求不同，而不同反应条件和原料对于硫化铜/钒酸铋异质结的形成具有重要影响，如不同的铜盐、铋盐或硫代硫酸盐可能会改变体系的pH值等条件，导致不能形成硫化铜/钒酸铋异质结催化剂；（3）常规条件较为苛刻，对温度需严格要求，导致成本增加。因此，如何克服上述问题，将两种半导体硫化铜和钒酸铋复合，形成新型的半导体异质结光催化剂，对于扩大硫化铜/钒酸铋异质结光催化材料的应用范围具有重要意义。

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，提供一种可见光响应范围广、量子效率高、光催化活性高的硫化铜/钒酸铋异质结光催化剂，还提供一种操作简单、反应条件温和、成本低廉的硫化铜/钒酸铋异质结光催化材料的方法。