[发明专利]钒酸铋表面修饰钴酸镍尖晶石的复合材料及其制备和应用

说明书

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种钒酸铋表面修饰钴酸镍尖晶石的复合材料及其制备和应用，所述钒酸铋表面修饰钴酸镍尖晶石的复合材料的制备方法，包括以下步骤，S1：将硝酸铋和偏钒酸铵加入酸性溶液中，调节pH值至0.25～2，加热反应制得十面体钒酸铋；S2：将S1所得十面体钒酸铋分散于溶剂中，加入钴酸镍前驱体，加热反应，将所得产物离心干燥后煅烧。本发明钒酸铋表面修饰钴酸镍尖晶石的复合材料是一种结构可控、对可见光吸收效率高、性能优异、稳定性好的新型复合材料，对光催化水氧化具有极好的性能；其制备方法所用的原材料成本低廉，易得到，实验操作简便，整个过程中没有用到昂贵的设备，利于工业化生产。

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种钒酸铋表面修饰钴酸镍尖晶石的复合材料及其制备和应用。

背景技术

能源是推动社会发展和科学技术进步的重要保障，随着经济的发展和快速的工业化，人们正面临着日益严重的能源短缺问题，太阳能驱动的光催化水分解产氢在解决能源可持续性发展方面具有重大潜力。水分解包括水氧化及还原两部分，其中，在水氧化反应中需要发生四电子转移才可以克服动力学障碍，是光催化水分解的决速步骤，因此，设计高活性光催化材料促进水氧化成为人们关注的重点。

作为可见光响应的半导体光催化剂，铋系催化材料(钒酸铋)由于具有较宽的带隙(2.4eV)、较好的稳定性、易制备等优点被人们广泛研究，然而，其仍然存在光生电子-空穴对快速复合的缺点，进而限制了应用。

通过构建异质结的方法可以有效抑制电子-空穴的重组，钴酸镍尖晶石材料储量丰富、制备方法简单，且存在两种金属氧化还原对Co²⁺/Co³⁺和Ni²⁺/Ni³⁺，作为助催化剂修饰不仅可以形成异质结抑制电子-空穴对的重组，同时可以为反应提供丰富的氧化还原活性位点，提高光催化性能。在以往的文献报道中，钴酸镍尖晶石材料多被用于电化学领域，在光化学领域应用有限。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种钒酸铋表面修饰钴酸镍尖晶石的复合材料及其制备和应用，能够有效抑制铋系催化材料的电子-空穴的重组，可以广泛用于光催化水氧化领域。

按照本发明的技术方案，所述钒酸铋表面修饰钴酸镍尖晶石的复合材料的制备方法，包括以下步骤，

S1：将硝酸铋和偏钒酸铵加入酸性溶液中，调节pH值至0.25～2，加热反应制得十面体钒酸铋；

S2：将S1所得十面体钒酸铋分散于溶剂中，加入钴酸镍前驱体，加热反应，将所得产物离心干燥后煅烧得到钒酸铋/钴酸镍尖晶石复合材料，即所述钒酸铋表面修饰钴酸镍尖晶石的复合材料。

进一步的，所述步骤S1中硝酸铋和偏钒酸铵的质量比为7～14：2～5，优选的，质量比为7：2。

进一步的，所述步骤S1中的酸性溶液为硝酸溶液，具体为浓度2～5mol/L的稀硝酸。当硝酸铋的质量为2.45g，硝酸溶液浓度为2mol/L时，加入与稀硝酸的体积为20～40mL，优选为35mL。

进一步的，所述步骤S1中pH值的调节通过加入氨水、碳酸氢铵或碳酸钠实现。

具体的，氨水的质量分数为25wt％，加入的量为2～10ml，优选6ml，加入方式为逐滴添加。

进一步的，所述步骤S1中加热反应后得到的产物用水和乙醇洗涤干净，然后放入烘箱中进行干燥。

进一步的，所述步骤S2中的溶剂为水和乙醇体积比为1～3：5～10的混合溶剂。

进一步的，所述步骤S2中的钴酸镍前驱体包括镍盐、钴盐、表面活性剂和沉淀剂。