[发明专利]一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法及应用

说明书

一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法及应用，它涉及一种钒酸铋基复合光催化剂的制备方法。本发明是要解决现有技术制备钒酸铋基异质结复合体系电荷分离性能差，光生载流子在体相中复合几率较高的问题。方法：一、制备钒酸铋前驱体悬浊液；二、向钒酸铋前驱体悬浊液中加入金属酞菁；三、水热反应；四、焙烧，得到超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳。本发明可获得一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。

技术领域

本发明涉及一种钒酸铋基复合光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

现代社会的高速发展使得能源快速消耗的同时也带来了严重的环境污染和温室效应。通过半导体光催化技术将二氧化碳转化成太阳能燃料，是解决上述问题的理想途径。

在过去的几十年里，人们一直试图寻找一种高效、廉价且稳定的光催化剂，用于光催化二氧化碳还原。在众多的光催化剂中，BiVO₄以其来源广泛，化学性质稳定，无毒等优点，得到人们的青睐。但是BiVO₄较正的导带能级位置(～0eV vs SHE)使得它在可见光照射下的电子-空穴对不能有效的分离；且吸光范围有限而通常表现出差的可见光催化二氧化碳还原活性。基于此，可通过调控合成超薄片层钒酸铋使得光生电子-空穴迅速扩散到表面发生反应，以提高其电荷分离性能。此外，还可通过复合另外一种具有较负导带能级的半导体构建Z型异质结复合体系，以此提高其二氧化碳还原活性。

但是目前针对钒酸铋基复合光催化材料的设计，通常缺乏对界面的合理设计。例如零维-零维，零维-二维等界面，忽略了对维度匹配性的考虑，造成电荷传输受阻。也有少量二维-二维界面的设计合成，但是往往因为界面过厚导致光生电荷传输依旧不理想。

发明内容

本发明是要解决现有技术制备钒酸铋基异质结复合体系电荷分离性能差，光生载流子在体相中复合几率较高的问题，而提供一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法及应用。

一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、制备钒酸铋前驱体悬浊液：将铋源和表面活性剂加入到醇溶剂中，搅拌至铋源和表面活性剂完全溶解，再加入偏钒酸钠，再进行搅拌，得到钒酸铋前驱体悬浊液；

步骤一中所述的表面活性剂与铋源的质量比为(1.05～5.25):(2.21～11.05)；

步骤一中所述的偏钒酸钠与铋源的质量比为(2.80～14):(2.21～11.05)；

二、向钒酸铋前驱体悬浊液中加入金属酞菁，再进行搅拌，得到反应液；

步骤二中所述的金属酞菁与钒酸铋前驱体悬浊液中铋源的质量比为(0.005～0.015):1；

三、①、水热反应：首先将步骤二中得到的反应液转移到高压反应釜中，然后将高压反应釜置于120℃～180℃下水热反应12h～16h，再将高压反应釜自然冷却至室温，最后离心，去除上层离心液，得到反应产物；

②、清洗：以无水乙醇为清洗剂对反应产物离心清洗，再以去离子水为清洗剂对反应产物进行离心清洗；

③、循环步骤三②3次～6次，再进行干燥，得到干燥后的反应产物；

四、焙烧：将干燥后的反应产物置于马弗炉中，再在空气气氛下烧结，得到超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。

一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳。

本发明的原理：