[發明專利]一種空心微球狀鉍/釩酸鉍復合光催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710908939.1
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107626297B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 陳立妙;景奇鋒;豐欣妍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J23/22
• 分類號: B01J23/22;B01J37/08;B01J37/10;B01J35/02;C02F1/30;C02F101/36;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種空心微球狀鉍/釩酸鉍復合光催化劑及其制備方法和應用，鉍/釩酸鉍復合光催化劑由鉍納米顆粒均勻分布在晶態釩酸鉍中空微球表面構成。其制備方法是將鉍源和釩源在含十二烷基磺酸鈉的乙二醇溶液中進行溶劑熱反應，得到鉍/釩酸鉍前驅體；所述鉍/釩酸鉍前驅體在碳酸鈉溶液中進行水熱反應，即得，合成的鉍/釩酸鉍復合材料為空心微球結構，具有較大的比表面積，為光催化反應提供了較多的活性位點，同時金屬鉍具有接收電子的作用，有效抑制了電子?空穴對的復合，相比于單一的釩酸鉍，載流子的傳輸效率有顯著提高，在光催化降解方面將具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種光催化劑，特別涉及一種空心微球狀鉍/釩酸鉍復合光催化劑及其制備方法和在可見光照條件下催化降解有機物方面的應用，屬于半導體光催化技術領域。

背景技術

隨著經濟的飛速發展，環境污染問題日趨嚴重，工業廢水、廢氣和廢渣嚴重影響了人類的生存和生活，能源和環境問題變成全球關注的焦點。因此，開發以太陽能為代表的清潔可再生能源和發展新型無污染治理技術成為眾多研究者工作的重心。1972年，Fujishima和Honda[Fujishima A,Honda K.Photolysis-decomposition of water at the surfaceof an irradiated semiconductor[J].Nature,1972,238(5385):37-38.]發現TiO₂可以作為光催化劑，在其表面持續地發生光解水生成氫氣，由此拉開了多相光催化研究的序幕。此后，人們對這一催化反應過程進行了大量研究。與傳統的污水處理技術相比，光催化反應條件溫和，操作漸變，并具有顯著的節能、高效、且無二次污染等優點，受到人們廣范關注。TiO₂的光催化活性較高并且穩定，而且價廉無毒，是目前廣受追捧的光催化劑，但是由于其寬禁帶為3.2eV，只能吸收太陽光中的約4％的紫外光能量，大大地限制了其光催化領域的應用。

釩酸鉍廉價、穩定和無毒是一種直接帶隙半導體，其禁帶寬度約為2.4eV,具有較強的可見光吸收能力，被廣泛應用于光催化有機物降解、光解水和有機物合成領域。但由于釩酸鉍能帶結構較窄，激發的光生電子和空穴對遷移距離較長，體相復合概率增加，光催化活性較低。此外，單一釩酸鉍大多具有無孔結構和低比表面積，對入射光的吸收效率低，不利于光催化的發生。

在釩酸鉍表面沉積貴金屬，可以在一定程度上提高光生電子-空穴的分離效率，顯著提高釩酸鉍的光催化活性。目前，Au/BiVO₄、Ag/BiVO₄、Pt/BiVO₄、Pd/BiVO₄等貴金屬沉積釩酸鉍復合物被成功合成。但由于貴金屬在地球上儲量少且價格昂貴，不利于產業化和大規模應用。

發明內容

針對現有技術中的貴金屬/釩酸鉍復合光催化材料存在的缺陷，本發明的目的是在于提供了一種具有光吸收范圍寬、可見光利用效率高、載流子分離效率高等特點的空心微球狀鉍/釩酸鉍異質結光催化劑。

本發明的另一個目的是在于提供一種操作簡單、環保、經濟的制備空心微球狀鉍/釩酸鉍復合光催化劑的方法。

本發明的第三個目的是在于提供所述空心微球狀鉍/釩酸鉍復合光催化劑在光催化降解有機物中的應用，表現出可見光利用率高、催化活性高等特點，特別適應于有機染料降解，如有機染料羅丹明B等。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種空心微球狀鉍/釩酸鉍復合光催化劑，其由鉍納米顆粒均勻分布在晶態釩酸鉍中空微球表面構成。

本發明的空心微球狀鉍/釩酸鉍復合光催化劑具有中空微球結構，使其具有較大的比表面積，為光催化反應提供了較多的活性位點，同時鉍和釩酸鉍復合形成異質結構，金屬鉍具有接收電子的作用，有效抑制了電子-空穴對的復合；相比于單一的釩酸鉍而言，載流子的傳輸效率有顯著提高。

優選的方案，所述晶態釩酸鉍中空微球直徑為500nm～700nm。