[发明专利]一种铋负载的钒酸铋多孔纳米纤维及其制备方法

说明书

一种钒酸铋基多孔纳米纤维，其特征在于：所述多孔纳米纤维由钒酸铋和非晶态铋组成、非晶态铋负载在钒酸铋上，所述钒酸铋质量百分含量约为95%~98%，所述非晶态铋的质量百分含量为2%~5%。其制备方法，它是以五水硝酸铋、N，N‑二甲基甲酰胺、乙酰丙酮氧钒、聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸、冰乙酸、乙醇为原料，经过高压静电成型技术、马弗炉烧结、氢等离子处理等步骤实现。本发明原料简单易得，整个实验过程过程清晰，操作方便，很容易实现产物的大规模生产，产品使用过程中可以100%回收，所得非晶态铋负载的钒酸铋多孔纳米纤维复合材料具有优异的柔性，宏观尺寸可以达到几十厘米，产品微观结构均匀性好，对光催化降解染料具有很好的效果。此外，该材料还有望在柔性电池、柔性光电制氢等方面有良好的应用。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及钒酸铋纳米纤维材料及其制备领域。

背景技术

随着人口的急剧膨胀和工业的快速发展，水体环境污染问题已经成为影响人类生产、生活的重要问题。世界各地政府都将水体环境污染治理列为现阶段以及未来几年的头等大事之一。尤其是在印染行业中甲基橙、亚甲基蓝、硝基苯等等大量水溶性偶氮染料的大量排放，造成了水体质量的急剧恶化。这些偶氮类污染物质通常难以用生物方法来降解，所以，一旦进入到水体中，很难通过自然降解过程降解，对水环境的危害性非常长。利用光催化反应可以将污染物在光照的条件下完全降解成二氧化碳、水、氨基等无危害物种，因此在环境治理方面得到了广泛关注，所以，光催化剂的研发已经成为目前国内外的研究热点之一。

传统的光催化剂，如TiO₂和ZnO，仍存在难以克服的问题：一方面，光生电子迁移速率低，电子-空穴易于重新复合，从而导致量子效率和光催化效率不高；另一方面，光响应范围太窄，过于依靠紫外光（UV）激发。考虑到太阳光中UV光占5%，可见光（Vis）和近红外（NIR）光分别为48%和44%，拓展催化剂的光响应范围使其具有较好的长波长光子吸收能力，尤其是近红外光光子，有效提高太阳能利用率和光催化效率，并探究其长波长光催化作用机理，实现Vis-NIR全光谱光催化，成为科研工作者们关注的热点。

近年来，光化学稳定性、具有较强的氧化还原能力及无毒、成本低的可见光催化材料钒酸铋引起了众多研究小组的重视。钒酸铋为层状结构，具有高比表面积和活性位容易暴露的优点，其价带一般Bi和O杂化形成，Bi 的6s和O 2p电子的强烈杂化会导致价带宽化，有利于带隙的调整和价带空穴的移动，使其具有很强的电荷分离能力，这些晶体和电子结构上的特点使众多Bi系化合物具备了高的可见光催化活性；但是钒酸铋在电荷迁移方面还需要进一步提高，而其对于太阳光谱的利用，尤其是近红外光的利用，还有待加强，而且，采用传统的粉体材料也不能满足实际工业化的应用。到目前为止，人们已经通过多种方法对钒酸铋进行性能良，如离子掺杂、半导体复合等方法。虽然方法很多，但仍都存在一些不足，目前得到的钒酸铋复合材料对污染物的降解效率和太阳光利用率仍待提高。因此，寻求价廉、环境友好、太阳光利用率高、并具有高催化活性的光催化材料是光催化技术发展的关键之一。

发明内容

本发明目的在于提供一种钒酸铋基多孔纳米纤维，其作为光催化剂具有宽范围的可见光吸收。

本发明另一目的在于提供上述钒酸铋基多孔纳米纤维的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种钒酸铋基多孔纳米纤维，其特征在于：所述多孔纳米纤维由钒酸铋和非晶态铋组成、非晶态铋负载在钒酸铋上，所述钒酸铋质量百分含量为95%~98%，所述非晶态铋的质量百分含量为2%~5%。

进一步，一种钒酸铋基多孔纳米纤维，其特征在于：它是以钒酸铋多孔纤维经氢等离子置换反应得到的非晶态铋负载在钒酸铋上而成，所述钒酸铋质量百分含量为95%~98%，所述非晶态铋的质量百分含量为2%~5%。

本发明钒酸铋基多孔纳米纤维具有宽范围可见光吸收，显著提高了对可见光利用效率，大大拓展了其光催化应用领域。