[发明专利]稀土钒酸盐量子点/生物炭纳米片复合光催化材料的制备方法及其应用

说明书

本发明属于碳基复合材料绿色合成领域，具体为一种稀土钒酸盐量子点/生物炭纳米片复合光催化材料的制备方法及其应用，其中制备方法包括如下步骤：将经酸溶液浸泡并干燥磨成粉末状的农林废弃物在水浴条件下均匀分散在稀土盐溶液中，然后加入偏钒酸铵、五氧化二钒或者偏钒酸钠，以酸溶液调节pH，然后采用微波水热反应，制得所述稀土钒酸盐量子点/生物炭纳米片复合光催化材料，所述稀土盐为稀土硝酸盐、稀土硫酸盐或者稀土氯化盐中的任意一种。本发明采用廉价易得、可再生的农林废弃物为载体材料，其具有良好的二维形貌，且作为碳材料不仅有利于降低农林废弃物对环境污染，而且可以避免造成资源浪费。

技术领域

本发明属于碳基复合材料绿色合成领域，特别涉及一种稀土钒酸盐量子点/生物炭纳米片复合光催化材料的制备方法及其应用。

背景技术

二氧化碳的过度排放导致了全球变暖和能源危机等严重的环境问题。因此，将二氧化碳转化为有价值的化学品是解决全球变暖和能源危机的一种有效策略。目前，二氧化碳转化有多种方法，包括热催化、光催化和电催化等途径。其中，光催化转化由于反应条件温和并且不需要额外的能量输入受到人们的广泛关注。甲醇是最具有工业价值的转化产物之一。光催化二氧化碳转化甲醇的关键是开发合适的催化剂。

稀土钒酸盐量子点是一种尺寸小于10nm的新型纳米材料，具有特殊的电子结构、毒性小、不同的价态以及易于合成等优点，在电化学传感器、生物医药、催化、燃料电池等方面有着巨大市场和应用前景。另外，稀土钒酸盐还具有很强的荧光，同时作为上转换发光材料可以吸收近红外光子并发射紫外光或可见光、以及窄带隙等特性。因此，它在光催化领域得到广泛的研究和应用。有文献(He，et al，Journal of Materials Science:Materialsin Electronics 2020 31

13131-13140)报道了一种简单的基于1-甲基咪唑连接MOF路线的方法合成块状的钒酸钆纳米材料，所得钒酸钆光催化剂在可见光的照射下对罗丹明B的降解达到89.2％。然而，单一的稀土钒酸盐在光催化过程中形成的电子空穴对有较高的复合率，这就导致了它在光催化反应中低的光催化效率。为了提高其催化效率，需改进制备方法和提高光生载流子的分离效率，使其能够更好地应用于光催化二氧化碳还原领域。

发明内容

本发明的第一个目的是为了得到高效的光催化剂，提供一种稀土钒酸盐量子点/生物炭纳米片复合光催化材料的制备方法及其应用。本发明以农林废弃物，如树叶、花瓣、石榴皮、秸秆、橘子皮等含有丰富的木质纤维素，成本低廉，具有良好的二维形貌，并且有足够的天然有机碳，可以作为碳源与半导体材料复合。本发明采用农林废弃物作为碳材料，与稀土钒酸盐相结合，制备出一种稀土钒酸盐量子点/生物炭纳米片复合光催化材料。

为了实现本发明的第一个目的，所采用的技术方案为：

一种稀土钒酸盐量子点/生物炭纳米片复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：将经酸溶液浸泡并干燥磨成粉末状的农林废弃物在水浴条件下均匀分散在稀土盐溶液中，然后加入偏钒酸铵、五氧化二钒或者偏钒酸钠，以酸溶液调节pH，然后采用微波水热反应，制得所述稀土钒酸盐量子点/生物炭纳米片复合光催化材料，所述稀土盐为稀土硝酸盐、稀土硫酸盐或者稀土氯化盐中的任意一种。

进一步的，所述农林废弃物经酸溶液浸泡前还包括用去离子水清洗的步骤，主要是为了去除附着在它们表面的杂质。

进一步的，浸泡所用的酸为0.1-0.8mol/L的盐酸、硝酸或硫酸溶液，浸泡时间为1-3天，然后干燥并完全粉碎磨成粉末状。设定酸的浓度和浸泡时间主要是将植物细胞中所含色素溶出，得到透明的生物质，同时可以提高生物质的比表面积，增强吸附位点，从而提高催化活性，浓度过高和时间过长会影响生物质原有的形貌。更进一步优选，浸泡所用的酸为0.5mol/L的盐酸。

进一步的，所述农林废弃物以木质纤维素为主要成分，例如可以为石榴皮、树叶、花瓣、橘子皮、秸秆等中的一种。