[发明专利]圆球状钒酸铋/黑磷复合光催化剂及制备方法

说明书

本发明属于光催化技术领域，特指一种圆球状钒酸铋/黑磷复合光催化材料及其制备方法与应用。采用共沉淀法制备钒酸铋溶于乙醇中，并混合液相超声得到的黑磷悬浮液，超声溶解混合均匀，后转移在水浴锅中，最后经离心、洗涤、干燥得到圆球状钒酸铋/黑磷复合材料。通过调节不同黑磷的添加量，分别考察相同条件下(光照时间90min、催化剂用量50mg)在模拟可见光照射下对有机污染物罗丹明B(20mg/L)的降解效率。光催化结果显示，0.01g黑磷与钒酸铋复合制备出的钒酸铋/黑磷复合光催化剂具有最优异的光催化性能。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种圆球状钒酸铋/黑磷复合光催化剂及制备方法。

背景技术

环境和能源是21世纪人类面临和亟待解决的重大问题,光催化技术及相关材料的开发逐渐成为材料学及催化科学研究的热点。但是单一的光催化剂很难有效同时吸收紫外光和可见光。近年来,为提高光催化效率,拓展响应波长范围,将两种或两种以上的材料进行复合,成为人们研究的重点。因此,改善复合光催化材料的制备方法,开发具有良好性能的复合光催化材料,成为目前迫切需要解决的问题。

钒酸铋(BiVO₄)为当前光催化研究领域的热点材料，但其吸附性能较差，并且难以迁移光生电荷载体，如何对钒酸铋进行改善为目前研究的难点。

发明内容

针对上述提出单一半导体光催化剂的技术问题，本发明提供一种圆球状钒酸铋/黑磷复合光催化剂及其制备方法。本发明针对两个特定的半导体光催化材料进行复合，制备所得的圆球状钒酸铋/黑磷具有优异的光生载流子迁移率、表面活性位点多且可有效的减少光生载流子的复合，能够广泛应用于光催化降解污染物。

为了实现上述目标，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种钒酸铋/黑磷基复合光催化剂，所述催化剂包括层状黑磷以及负载于所述层状黑磷上的钒酸铋；所述钒酸铋为纳米球状。

优选地，所述钒酸铋的粒径为3.1-3.5um。

另一方面，本发明提供了一种上述钒酸铋/黑磷基复合光催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、利用溶剂超声剥离法将块状黑磷于有机溶剂中剥离为少层黑磷；

步骤二、以硝酸铋和偏钒酸铵为前驱体合成钒酸铋粉末，备用；

步骤三、将所述钒酸铋粉末分散到含有少层黑磷的溶剂中，超声搅拌后得到所述钒酸铋/黑磷基复合光催化剂；

所述步骤一和步骤二不分先后顺序。

优选地，所述步骤一中，有机溶剂为N-甲基毗罗烷酮，黑磷与所述有机溶剂的质量比为1：1000～1500，超声粉碎的时间为1～2小时。

优选地，所述黑磷：钒酸铋为0:1、0.01:1、0.02:1、0.05:1、0.08:1。

优选地，所述步骤三中，所取钒酸铋粉末的质量为1g；黑磷分别为0g、0.01g、0.02g、0.05g、0.08g。

优选地，所述步骤二包括以下步骤：

(1)将硝酸铋溶于浓硝酸(质量浓度为68～70％)，加水稀释，缓慢搅拌得到溶液A；

(2)将偏钒酸铵溶于氢氧化钠，搅拌均匀，得到溶液B；

(3)在常温(20～30℃下)搅拌条件下，将溶液B匀速缓慢滴加到溶液A中，同时用氢氧化钠调节pH至固定值7，继续搅拌10-60min，得到混合物；

(4)将所述混合物进行水热反应；

(5)反应结束后，冷却至室温，去除上清液，真空抽滤、洗涤、干燥、研磨，得到钒酸铋前驱体。