[发明专利]碳布负载原位生长非贵金属Bi修饰BiVO4

说明书

碳布负载原位生长非贵金属Bi修饰BiVO₄柔性易回收光催化材料：以Bi(NO₃)₃·5 H₂O和NaVO₃·2 H₂O为原料，加入一定尺寸的碳布，180℃溶剂热反应8 h后得到碳布负载BiVO₄粉末，在Ar/H₂气氛中350℃退火10 h，将其原位还原成碳布负载非贵金属Bi修饰BiVO₄柔性易回收光催化材料。本发明以碳布为基底，表现出优异的导电性、柔性、可弯曲性，载流子扩散速率高、光响应范围宽、可回收利用、成本低廉，利用非贵金属Bi的SPR效应以及Bi和BiVO₄的协同效应，改善BiVO₄光生电子和空穴极易复合的不足，并且能够有效解决粉末光催化剂回收困难的问题，实现资源的可持续发展。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，特别涉及一种制备碳布负载原位生长非贵金属Bi修饰BiVO₄柔性易回收光催化材料的方法及其应用。

背景技术

半导体光催化是一种清洁能源的高效利用技术，在光解水制氢、二氧化碳转化、空气净化和水降解处理等方面均有应用，有望解决世界能源短缺和环境污染问题。由于我国铋产量丰富，铋族光催化剂具有较高的光催化效率，引起了研究人员的广泛关注。钒酸铋(BiVO₄)的禁带宽度为2.3-2.4eV，可在可见光下分解水和降解污染物，具有光响应范围宽、低碳环保、无毒的特点。但由于光生电子和空穴容易复合，量子效率低，光降解效率受到限制。因此，开发具有高的光生载流子分离效率，宽范围的可见光响应和低成本的BiVO₄基复合材料仍然是巨大的兴趣和挑战。

单一半导体材料的性能和应用一般具有较大的局限性，不能满足实际生产的各种需求。通过在其表面加载金属或金属氧化物，如V₂O₅/BiVO₄、Cu/BiVO₄、CeO₂/BiVO₄等，在材料内部形成内建电场促进光生载流子的分离，从而提高光催化活性。

最近，贵金属光催化剂成为当前研究热点，例如Au/TiO₂、TiO₂/Ag-Ag₂S等，利用贵金属的等离子共振(SPR)效应，能够提高其载流子传输速率，抑制光生电子-空穴复合，达到更优的光能到化学能转化的目的。

虽然这些措施能够有效改善光催化活性，但贵金属由于成本高昂，成为限制其发展的主要因素。同时，在光催化水处理的应用过程中纳米复合粉末很难回收，将导致二次污染并限制其实际应用。因此，如何确保光催化剂稳定作用，降低催化剂成本，减少回收困难，成为当前亟待解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备碳布负载原位生长非贵金属Bi修饰BiVO₄柔性易回收光催化材料的方法及其应用，碳布负载Bi/BiVO₄光催化材料以简便易得的碳布为基底，表现出优异的导电性、柔性、可弯曲性，即使长时间折叠或反复弯曲也无需担心材料损坏，也可根据不同的使用环境进行裁剪，具有载流子扩散速率高、光响应范围宽、可回收利用、循环性能好、成本低廉的优势，利用非贵金属Bi的SPR效应以及Bi和BiVO₄的协同效应，改善BiVO₄光生电子和空穴极易复合的不足，降低催化剂成本并解决粉末光催化剂存在的难以分离、回收的问题，具有光响应范围宽、可回收利用、循环性能好、成本低廉的优势，能够实现资源的可持续发展及循环利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：