[發明專利]一種釩酸鉍/二氧化鈦復合光催化材料的制備方法

在審

• 申請號: 201711148577.7
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107890864A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 張驥;陳瑤;高建民;王明杰;劉付
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: B01J23/22
• 分類號: B01J23/22;B01J37/10;B01J37/03;B01J37/08
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技術領域

本發明涉及一種釩酸鉍/二氧化鈦復合光催化材料的制備方法，屬于半導體復合光催化材料制備方面的技術領域。

背景技術

在眾多半導體光催化劑中，TiO₂被公認為是最具開發前途的環保型光催化材料。太陽光譜中紫外光占5％，可見光占47％，而TiO₂光催化劑禁帶寬度較寬，只能吸收紫外光能量，因此太陽能利用率較低。BiVO₄作為一種新型的可見光半導體光催化劑，是一種性能優越的窄禁帶半導體，對可見光有著良好的吸收響應并且具有一定的耐酸堿性和化學穩定性。然而，單純的BiVO₄催化劑存在比表面積小、吸附性能差、光生載流子難以遷移等問題。研究者們提出將BiVO₄與TiO₂復合，二者之間形成的異質結拓寬了其光譜響應，提升了復合材料的可見光催化活性。

二氧化鈦半導體同另一種半導體復合之后，禁帶寬度窄的半導體可以吸收波長更長的光，催化劑的吸收范圍紅移，催化劑的催化效果增強，并且增加了對太陽光的吸收。導帶電勢略低的半導體的導帶中的光生電子移動到電勢略高的半導體導帶之中，光生空穴向反方向移動，促使其和光生電子的分離，使催化劑的催化效果提高。半導體復合的原理是，一種非二氧化鈦顆粒對二氧化鈦進行修飾，復合后的產物使得電荷易于分離，同時二氧化鈦的光吸收范圍發生擴展，達到可見光范圍。

發明內容

本發明的目的旨在針對現有技術的不足，提供一種釩酸鉍/二氧化鈦復合光催化材料的制備方法。該制備方法操作簡單，工藝簡便，通過將TiO₂和另一種半導體釩酸鉍進行復合，使復合后的半導體光吸收范圍擴展至可見光，增加了二氧化鈦對太陽光的吸收效率，并且提高了催化性能。

本發明所采用的技術方案為：一種釩酸鉍/二氧化鈦復合光催化材料的制備方法，其具體步驟如下：

(1)將硝酸鉍溶解于一定濃度的硝酸溶液中，攪拌均勻后得到乳白色溶液A。

(2)將釩酸胺溶解于一定濃度的氫氧化鈉溶液中，攪拌均勻后得到溶液B，將B液緩慢加入到A液中，調節溶液PH為5～7，攪拌均勻后得到黃色澄清溶液C。

(3)將溶液C放入到高壓反應釜中，在高溫高壓環境中反應一段時間后，將生成的橙黃色沉淀過濾，水洗，烘干后，得到釩酸鉍。

(4)將10ml鈦酸丁酯溶于25ml無水乙醇中，再加入2ml冰乙酸，得到溶液D。將12.5ml無水乙醇與2ml蒸餾水混合均勻后，得到溶液E。

(5)將溶液E緩慢加入到溶液D中，再加入適量釩酸鉍并混合均勻后，將其常溫靜置3～8h，待其形成凝膠后，再放入烘箱中烘干。

(6)將烘干后的樣品放入電阻箱中，在400℃下煅燒1～2h后，水洗，烘干，即得到釩酸鉍/二氧化鈦復合光催化材料。

在步驟1中，硝酸鉍的加入量為4～5g，硝酸的加入量為20～60ml，濃度為1～4moL/L。

在步驟2中，釩酸胺的加入量為1～2g，氫氧化鈉的加入量為20～60ml，濃度為1～4moL/L。

在步驟3中，反應溫度為120～180℃，反應時間為6～24h。

在步驟5中，釩酸鉍的加入量為2～6g。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和效果：

1、將二氧化鈦半導體同另一種半導體釩酸鉍復合，不僅能增強粒子的表面的穩定性,而且可以改變半導體帶隙的寬窄和光吸收范圍，增加對光的吸收作用。

2、二氧化鈦摻雜釩酸鉍后，有利于催化劑中電子和空穴的分離，并且摻雜之后使二氧化鈦的晶格發生畸變，新的催化劑表面增加了許多所吸附的羥基，對于羥基自由基的產生有促進作用，而且可以改變二氧化鈦的電子結構，降低了二氧化鈦的帶隙能，提高其光催化效率。

3、納米半導體復合光催化材料應用于環境污染問題時，反應操作簡單，裝置易于操作，可以不在高溫條件下僅僅在室溫下降解有毒有害物質，且降解過程完全綠色環保無污染，易于推廣和使用。

下面結合具體實施事例，對本發明進行詳細說明：

實施例1

(1)將硝酸鉍溶解于一定濃度的硝酸溶液中，攪拌均勻后得到乳白色溶液A。

(2)將釩酸胺溶解于一定濃度的氫氧化鈉溶液中，攪拌均勻后得到溶液B，將B液緩慢加入到A液中，調節溶液PH為5～7，攪拌均勻后得到黃色澄清溶液C。

(3)將溶液C放入到高壓反應釜中，在高溫高壓環境中反應一段時間后，將生成的橙黃色沉淀過濾，水洗，烘干后，得到釩酸鉍。