[发明专利]一种Gd、Ce离子共掺杂高效可见光催化剂BiVO4

说明书

一种Gd、Ce离子共掺杂高效可见光催化剂BiVO₄的制备方法，属于功能材料领域，首先将柠檬酸与五水硝酸铋、六水硝酸钆、六水硝酸铈混合形成前驱液A，将柠檬酸与偏钒酸铵混合形成前驱液B；接着将A和B混合，调节体系pH值后形成混合溶液C；再将乙二胺四乙酸作为模板剂，直接加入混合溶液C中，形成澄清透明溶胶；最后经过陈化、干燥煅烧即得单斜白钨矿相离子共掺杂Bi_1‑x‑yVO₄:xGd³⁺,yCe³⁺高效可见光催化剂。相比单稀土离子掺杂，本发明选择合适的稀土离子，采用共掺杂方式能够起到很好的协同作用，可以极大的提高BiVO₄光催化剂的催化效率，能够高效降解有机污染物亚甲基蓝。

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种Gd、Ce离子共掺杂高效可见光催化剂BiVO₄的制备方法，具体是一种以乙二胺四乙酸为模板剂，通过溶胶凝胶反应制备单斜白钨矿相离子共掺杂Bi_1-x-yVO₄:xGd³⁺,yCe³⁺高效可见光催化剂的方法。

背景技术

随着人类化学工业的高速发展，不可避免地会产生许多废液污染物，废液中的有机污染物去除正成为污水处理的重点问题。相比常规的物理、化学和生物等处理方法，光催化氧化技术具有高效节能、无二次污染，已在环境和能源领域获得重要应用。其中，在半导体光催化剂研究中，BiVO₄作为新型可见光催化剂的一种，以其良好的化学稳定性、光稳定性、可见光响应及无毒无害等特性，引起了广泛的兴趣，取得了许多重要的成果。

但是，研究发现纯的BiVO₄结构由于其光生载流子的快速复合，使其光催化效率较低。在过去的几十年里，科学家通过各种办法来提高BiVO₄光生载流子的分离效率，包括形貌控制、金属和非金属元素掺杂、半导体异质结复合等。其中，金属离子掺杂是最重要的一种改性方法。在金属离子掺杂改性中有一类特殊的情况，即稀土离子掺杂或共掺杂。稀土离子掺杂或共掺杂主要是通过增加4f电子能级，在半导体光催化剂的价带上构建施主能级，或在导带下构建受主能级，从而减小禁带宽度、扩大吸收光的利用波长、抑制光生电子和空穴的复合，同时增加氧空位缺陷，最终提升半导体光催化剂的光催化性能。

目前，单一稀土离子掺杂研究较多，稀土离子共掺杂研究较少。如硅酸盐学报(廖蕊，2020，5：739-744)采用化学溶液法制备出Nd³⁺、Y³⁺、Eu³⁺掺杂的BiVO₄纳米晶，表明稀土离子掺杂可以调控半导体纳米晶的禁带宽度和光生电子-空穴的复合效率；工业水处理(董多，2015，5：52-55)采用柠檬酸络合法制备了单斜型B-Er共掺杂BiVO₄光催化剂，表明光催化剂的光催化效率有了较明显提高。中国专利CN 201210112086.8采用水热法制备出多种稀土如La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Dy，Er，Y等掺杂的BiVO₄粉体，以亚甲基蓝为模拟污染物，3.0h降解率达到95％以上；中国专利CN 202011065359.9采用液相沉淀法制备出稀土Tb掺杂BiVO₄粉体；中国专利CN 202110134650.5采用水热法制备出光催化效果较佳的Er-Fe₂O₃共掺杂BiVO₄可见光催化剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有BiVO₄光生电子-空穴的易复合缺点，相比单稀土离子掺杂，选择合适的稀土离子，采用共掺杂方式能够起到很好的协同作用，可以极大的提高BiVO₄光催化剂的催化效率。

一种Gd、Ce离子共掺杂高效可见光催化剂BiVO₄的制备方法，采用以乙二胺四乙酸为模板剂，通过溶胶凝胶反应进行制备，具体步骤如下：