[发明专利]一种钒酸铋量子点与二氧化钛纳米带复合光催化剂的制备和应用

说明书

本发明公开了一种BiVO₄量子点与TiO₂纳米带复合光催化剂的制备和应用，该复合光催化剂是采用水热的方法制备二维的TiO₂纳米带作为基体，再通过二步水热的方法合成BiVO₄量子点构建0D‑2D结构的BiVO₄/TiO₂异质复合光催化剂，其中BiVO₄的质量分数为1‑10%。所述催化剂利用卤灯进行可见光激发，其展示了很高的罗丹明B降解活性，当光照时间持续2小时，罗丹明B的降解率达到100%。该复合光催化剂制备方法简单，易于操作，原料低廉，是一种适于工业化推广应用的清洁高效和能耗较低的有机污染物治理方法。

技术领域

本发明属于光催化材料的制备领域，具体涉及一种BiVO₄量子点与TiO₂纳米带复合光催化剂的制备和应用。

背景技术

在光催化领域中，二氧化钛被广泛应用于有机污染物降解、光催化产氢、有机合成等方面，是被公认为最有应用前景的光催化剂。二氧化钛具有良好的稳定性、催化性能高、原料易得等特点，它们决定了二氧化钛从基础研究到实际应用的潜力和高度。但是，由于二氧化钛属于宽带隙半导体材料，其带隙为3.2 eV，只能被太阳光光谱中的紫外光激发，这严重地限制了二氧化钛的推广。因此，众多的科研工作者针对这个不足，提出很多改性和修饰的方法，包括掺杂、有机-无机杂化、半导体复合和敏化等制备方法。其中，半导体复合不仅仅能拓展宽带隙半导体的光吸收范围，还能增强其光催化反应效率，是被认为最有效的改性方法。

目前，与二氧化钛复合的半导体主要有CdS、g-C₃N₄、Bi₂WO₆和BiVO₄等等，这些复合物在有机物污染物降解、产氢或产氧、CO₂还原等方面展示了良好的可见光性能。BiVO₄凭借其特殊的电子能带结构和光吸收性质，而引起广泛关注。其中，BiVO₄材料是属于窄带隙半导体，其带隙为2.4 eV，能作为理想的光敏剂与TiO₂复合构建高性能的可见光光催化剂。BiVO₄能显著地拓展TiO₂光吸收范围直至可见光区，同时增强光生载流子的转移和迁移，从而提高其光催化反应效率。

Fu等人报道了BiVO₄/TiO₂纳米光催化材料在光电分解水，有机污染物降解和产氢方面展现了良好的可见光活性。（Long-lived, visible-light-excited charge carriersof TiO₂/BiVO₄ nanocomposites and their unexpected photoactivity for watersplitting. Adv. Energy Mater., 2014, 4(5): 1300995.）Li等人发现了BiVO₄/TiO₂纳米颗粒在可见光激发下具有一定的光催化降解气相苯活性。（BiVO₄/TiO₂ nanocrystallineheterostructure: a wide spectrum responsive photocatalyst towards the highlyefficient decomposition of gaseous benzene. Appl. Catal. B: Environ., 2011,104(1-2): 30-36.）但是，这些复合的BiVO₄/TiO₂纳米颗粒的光催化效率还不能达到实际应用的要求，因此合成高效稳定的复合光催化剂仍然是目前研究的热点之一。

CN103962122A公开了一种钒酸铋复合二氧化钛的制备方法，制备的复合型光催化剂能够在紫外光、可见光以及普通的太阳光照射的情况下进行光催化还原CO₂制甲醇的反应。