[发明专利]一种铜/改性钒酸铋复合光催化材料、制备方法及应用

说明书

本发明提供一种铜/改性钒酸铋复合光催化材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1、含二氧化硅的钒酸铋制备；S2、改性钒酸铋的制备；S3、铜/改性钒酸铋的制备；采用SiO₂对BiVO₄进行改性，制备出粒径分散均匀的改性BiVO₄微纳米颗粒，并在此基础上负载纳米颗粒铜，有效的提升了复合光催化材料的光催化性能；本发明中二元复合光催化剂Cu/改性BiVO₄在可见光照射下，其光催化降解有机污染物性能获得了大幅度提高。改性后的BiVO₄颗粒粒径更小，表面更粗糙，Cu纳米粒子在改性后的BiVO₄上负载的均匀性更好、结合强度更高；有效地提升了BiVO₄的光催化性能。

技术领域

本发明属于无机光催化剂材料技术领域，具体涉及一种铜/改性钒酸铋复合光催化材料、制备方法及应用。

背景技术

光催化降解有机污染物被认为是在现代社会中为人类创造清洁和无污染环境的最有希望的策略之一。光催化降解的成功很大程度上取决于光催化剂材料的合适选择，钒酸铋(BiVO₄)由于其高稳定性，窄带隙，无毒性和先进的可见光利用能力而引起了相当大的关注。BiVO₄是一种典型的三元半导体，具有层状结构，具有三种晶体形式，即单斜晶状白钨矿，四方白钨矿和类四方锆石，其中相变可在不同热条件下在这些相之间发生。据报道，具有2.4eV带隙的单斜BiVO₄可以吸收大约520nm的蓝光区域的太阳光谱，从而导致单斜晶系白钨矿结构的BiVO₄可以表现出明显的比其他晶体结构更好的可见光驱动的光催化性能。

BiVO₄光催化剂虽然具有良好的光催化活性，但也存在着一些缺点，如表面吸附能力较弱以及光生电子和空穴易复合等。为了提高BiVO₄材料的光催化性能，国内外研究学者们对BiVO₄光催化剂的改性进行了大量的研究。迄今为止，许多金属，如Ag，Co，Ni，Cu和其他金属掺杂，已经证明BiVO₄在增强其光催化活性方面是有效的。因此，掺杂金属离子或金属氧化物的BiVO₄被认为是增强有机污染物光降解的可行途径。

因此，为了进一步富集具有可见光催化效率的各种光催化材料，本发明针对钒酸铋本身催化活性较弱的问题，以二氧化硅作为改性剂，通过高温固相化，煅烧制备出改性的BiVO₄。同时考虑到Cu纳米粒子具有优于其他过渡金属的等离子性质，具有优异的接受和穿梭电子能力，带边扩展能力及抗菌性和成本效益的优点。进一步采用还原工艺将Cu纳米粒子负载在BiVO₄上制备出了Cu/改性BiVO₄二元光催化剂，利用金属Cu纳米粒子的特性促进了光生载流子向催化剂表面的迁移能力，从而提升了BiVO₄的光催化效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜/改性钒酸铋复合光催化材料、制备方法及应用，用以解决钒酸铋本身作为光降解催化剂催化活性较弱的问题，而单纯使用Cu纳米粒子负载在钒酸铋上，Cu纳米粒子负载量低，均匀性差，结合强度低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铜/改性钒酸铋复合光催化材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、含二氧化硅的钒酸铋制备

s11、将铋源溶解在有机溶剂中，搅拌后得到溶液A；

s12、将钒源、抗坏血酸、硝酸溶液和蒸馏水混合在容器中，加热后冷却至室温得到溶液B；

s13、在搅拌条件下将溶液A加入至溶液B中，反应后得到BiVO₄溶液，然后将二氧化硅浸泡在所述BiVO₄溶液中，得到混合物；将混合物高温煅烧后得到含二氧化硅的钒酸铋；