[发明专利]一种可见光响应的花生状钒酸铋及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可见光响应的花生状钒酸铋及其制备方法。本发明在无模板的情况下，以三价铋盐以及偏钒酸盐为原料，以乙二醇（EG）与去离子水的混合溶液为溶剂，用水热法制备出了花生状钒酸铋。本发明通过调节乙二醇（EG）与去离子水的体积比，获得理想的花生状钒酸铋；本发明所涉及的制备方法工艺简单，成本低廉、重复性好；制得的钒酸铋具有纯度高、结晶性好、形貌可控、单分散性、尺寸均一以及可见光响应等优点，可用作可见光响应型半导体光催化剂。

技术领域

本发明涉及半导体光催化剂技术领域，具体的说，涉及一种可见光响应的花生状钒酸铋及其制备方法。

背景技术

近年来随着环境问题的越发严重，如何更加有效地治理环境污染逐渐引起了人们的关注，也由此开发出了越来越多的污染物处理技术。其中，半导体光催化降解以期高效、环保以及可直接利用太阳光等优势，成为了一种极具前景的水体污染物处理技术。TiO₂由于成本低、耐腐蚀、稳定、无毒及催化活性好等优点，一度成为人们研究的热点，也是迄今为止被研究最为透彻的半导体光催化剂；但由于TiO₂的禁带宽度较宽（3.2 eV），且仅在紫外光范围有响应，在可见光范围内几乎无响应，而太阳辐射能量主要集中在电磁波谱的可见光（λ＞420 nm）范围，它们占总发射能量的50%，紫外光部分只占太阳光总能量的5%，这导致了TiO₂对太阳光的利用率仅为3%~5%，极大地限制了其应用。

BiVO₄的禁带宽度适中（2.4 eV），对应可见光区的516 nm波长，接近太阳光谱中心，在可见光范围有响应，能够很好地吸收可见光，且无毒、稳定性好、成本低廉、光催化性能优良，逐渐成为传统光催化剂的替代品，是最具发展潜力的光催化剂之一。BiVO₄的主要有三种晶体结构:单斜白钨矿结构（~2.4 eV）、四方白钨矿结构和四方锆石结构（~3.1 eV），其中以单斜白钨矿型BiVO₄的光催化效果最佳。单斜白钨矿型BiVO₄的制备方法主要有溶剂（水）热法、高温固相法、液相沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法、化学与沉积法等，但以往使用的溶剂（水）热法，通常采用乙二醇、二甲基乙酰胺（DMAC）、水等单一溶剂，制备出的钒酸铋样品形貌往往不够规整、均一，分散性及纯度较差，进而会影响其相关性能的发挥。鉴于此，本发明提出一种可见光响应的花生状钒酸铋的制备方法，本发明所涉及的制备方法工艺简单，成本低廉、重复性好；制得的钒酸铋具有纯度高、结晶性好、形貌可控、单分散性、尺寸均一以及可见光响应等优点，可用作可见光响应型半导体光催化剂。

发明内容

针对现有技术制备的钒酸铋样品形貌不够规整、均一，分散性及纯度较差等问题，本发明提出一种可见光响应的花生状钒酸铋及其制备方法，本发明所涉及的制备方法工艺简单、重复性好、条件温和、对设备要求低，制得的钒酸铋具有纯度高、结晶性好、形貌可控、分散性好、尺寸均一及可见光响应等优点，可用作可见光响应型半导体光催化剂。

本发明采用如下技术方案。

一种可见光响应的花生状钒酸铋的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别量取三价铋盐以及偏钒酸盐，分别加入至乙二醇和去离子水中，磁力搅拌至混合均匀后，分别得到A液和B液；其中：乙二醇和去离子水的体积比为1:2~1:5；

(2)将A液加入B液中，磁力搅拌至混合均匀，得到C液；

(3)将C液转移至特氟龙内衬的高压反应釜中，密封状态下进行水热反应，得到D液；

(4)将D液自然冷却至室温，离心分离，沉淀洗涤后、真空干燥得到粉末状BiVO₄样品。

上述步骤（1）中，三价铋盐中的Bi元素和偏钒酸盐中的V元素的摩尔比为1:1。