[发明专利]一种钒酸铋多孔纳米纤维光催化材料及其制备方法

说明书

一种钒酸铋多孔纳米纤维光催化材料是由百分含量的下列物质组成BiVO₄为96.4~97.4%，Er(NO₃)₃为1.5%~2.4%，Yb₂O₃为0.8%~1.4%，其中Er和Yb取代钒酸铋中Bi的格位。本品制得的钒酸铋多孔纳米纤维，其降解效率高，120分钟内对亚甲基蓝的降解效率可高达69.4%，对太阳的响应可以拓展至1000nm以后，可以很好的利用近红外光进行催化，本品制备方法简单，原材料成本低，对环境友好，对太阳光利率高，是具有良好的近红外光相应的光催化材料，值得市场推广应用。

技术领域

本发明属于无机纳米材料技术领域，具体涉及一种具有近红外光响应的钒酸铋多孔纳米纤维光催化材料及其制备方法。

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。目前看来，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，尤其是在近红外光方面的利用仍然不够。而根据前期研究表明，上转换稀土发光可以将近红外光转化成可见光并激发光催化剂获得催化活性，但是稀土发光离子在光催化剂中的效率太低，而纳米金属颗粒的表面等离子共振效应可以有效提高上转换稀土发光效率，但是通常都是用到的金、银等贵金属。因此，寻求价廉、环境友好、太阳光利用率高、并具有良好的近红外光响应的光催化材料是光催化技术发展的关键之一。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种钒酸铋多孔纳米纤维光催化材料。

本发明另一个目的在于提供一种钒酸铋多孔纳米纤维光催化材料的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种钒酸铋多孔纳米纤维光催化材料，其特征在于，它是由百分含量的下列物质组成BiVO₄为96.4~97.4%，Er(NO₃)₃为1.5%~2.4%，Yb₂O₃为0.8%~1.4%，其中Er和Yb取代钒酸铋中Bi的格位。

一种具有近红外光响应的钒酸铋多孔纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，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、硝酸铒、氧化镱、柠檬酸、冰乙酸、乙醇为原料，分别经过前驱体溶液的制备，铒、镱掺杂钒酸铋多孔纤维的制备，氢等离子处理等步骤实现。