[發明專利]多形貌稀土摻雜BiVO4復合光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201210112086.8
• 申請日: 2012-04-17
• 公開（公告）號: CN102641732A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 張莉莉;龍金鑫;仲慧;周守勇;趙宜江;汪信
• 申請（專利權）人: 淮陰師范學院
• 主分類號: B01J23/22
• 分類號: B01J23/22
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明屬于光催化材料，尤其涉及一種多形貌稀土摻雜BiVO₄復合光催化劑及其制備方法。

技術背景

太陽能一直被人們認為是一種儲量豐富可持續性利用的自然能源，但是人類對其利用仍然十分有限。光催化技術作為一種可以直接利用太陽能水解制氫和深度降解環境中高毒性有機污染物的新型催化技術，在21世紀能源和環境等應用方面都十分具有前景。BiVO₄作為一種具有無毒性、高穩定性以及強可見光響應等優點的新型半導體光催化材料，被很多研究者所關注。

隨著人們對光催化劑的深入研究發現，催化劑的微觀形貌、顆粒尺寸以及晶格組成都是影響其光催化性能的重要因素。而在反應體系中加入表面活性助劑或者摻雜稀土金屬離子都能對催化劑的形貌、尺寸以及晶格結構產生影響，是比較常用的一種催化劑改性方法。例如：以乙二胺四乙酸鈉（EDTA）為表面活性劑，在水熱條件下可獲得五角星形狀薄片形狀的BiVO₄，其光催化活性較未經表面活性劑改性的樣品提高了50%以上(S.M.?Sun?et?al.?Ind.?Eng.?Chem.?Res.?2009,?48?:1735–1739)。Cao等人通過將La³⁺摻雜到TiO_2-xF_x光催化劑中，提高了催化劑的可見光響應和對次甲基藍的降解效果（G.X.?Gao?et?al.?J.?Am.?Ceram.?Soc.,?2010,?93:?25–27）。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種多形貌稀土摻雜BiVO₄復合光催化劑及其制備方法，結合表面活性劑和稀土金屬離子摻雜改性光催化劑方面的優勢，通過控制稀土離子、物料配比以及水熱合成條件，得到不同形貌的Ln_xBi_(1-x)VO₄催化劑，催化劑比表面積大，并且具有很好的可見光催化性能。

本發明的技術解決方案是：該稀土摻雜BiVO₄復合光催化劑的組成為：Ln_xBi_(1-x)VO₄?，其中Ln=La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Dy，Er，Y；x=0.01-0.3?mol%。?

該復合光催化劑的制備方法包括以下步驟：

1）配置等摩爾濃度的HNO₃和NaOH溶液，摩爾濃度為1~6mol/L；

2）取一定量的Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解在一定體積的HNO₃溶液，然后加入一定量的EDTA超聲10～30min溶解得到溶液a；

3）取一定量的NH₄VO₃溶解在一定體積的NaOH溶液中得到溶液b，然后將溶液b逐漸滴加到溶液a中，攪拌1~3h，加入摻雜鑭系元素Ln(NO₃)₃得到黃色的懸濁液；

4）取一定量的無水乙醇加入到上述懸濁液中，繼續攪拌1～2h得到反應前軀體；

5）將前軀體放入高壓反應釜中，在100～200℃的水熱溫度中，水熱反應2～10h得產物，將產物分別用無水乙醇和水洗滌2-3次，放入40～100℃真空干燥箱中干燥數小時，得到催化劑。

其中，Bi(NO₃)₃·5H₂O與NH₄VO₃摩爾質量比為1:?0.5~1:1.5，Bi(NO₃)₃·5H₂O與EDTA的摩爾質量比為1:0.1~1:2。

其中，Bi(NO₃)₃與摻雜鑭系元素Ln(NO₃)₃的摩爾質量比為1:0.01～1:0.3。

其中，HNO₃與NaOH體積比1:0.5~1:3，HNO₃與CH₃CH₂OH?的體積比為1:0.2~1:10?。

本發明具有以下優勢:?1、在醇-水熱條件下，以EDTA作為表面活性劑及具有特殊外圍電子結構的稀土元素為摻雜離子，對BiVO₄進行改性處理，得到了具有多種形貌、高比表面積和高催化性能的光催化劑，