[發明專利]釩酸鉍/氮摻雜碳量子點/氧化亞銅雙Z型光催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810587871.6
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108816265B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 袁興中;張進;蔣龍波;于瀚博;夏琦;曾光明
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30;C02F1/72;C02F103/34
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發明公開了一種釩酸鉍/氮摻雜碳量子點/氧化亞銅雙Z型光催化劑及其制備方法和應用，該雙Z型光催化劑以釩酸鉍為載體，載體上修飾有氮摻雜碳量子點和氧化亞銅。其制備方法包括：制備釩酸鉍前驅體溶液，并將其與氮摻雜碳量子點溶液混合進行水熱反應，所得產物與一水醋酸銅、氫氧化鈉、葡萄糖、水混合，攪拌，制得本發明雙Z型光催化劑。本發明雙Z型光催化劑具有光吸收效率高、光生電子?空穴分離效率高、氧化還原能力強、光催化活性高等優點，其制備方法具有工藝簡單、條件易控、原料簡單易得、成本較低等優點。本發明雙Z型光催化劑可用于將降解抗生素廢水，具有應用方法簡單、降解效率高、重復利用性好的優點，有著很好的實際應用前景。

技術領域

本發明屬于光催化技術領域，涉及一種雙Z型光催化劑及其制備方法和應用，具體涉及一種釩酸鉍/氮摻雜碳量子點/氧化亞銅雙Z型光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

抗生素作為治療致病性細菌感染的重要藥物，在全世界廣泛使用。水環境中的抗生素主要來自于工業廢水、醫院廢水、制藥廢水和水產養殖廢水的排放。抗生素是一種持久性污染物（POPs），在水環境中不斷地積累并對人類健康造成嚴重的威脅。因此，去除水環境中的抗生素已成當務之急。

釩酸鉍（BiVO₄）是一種具有可見光響應的光催化材料，因其具有合適的帶隙、相對較高的光穩定性、獨特的晶體結構和綠色無毒等特性，被廣泛地應用光催化領域，如光催化水裂解、選擇性光有機合成以及空氣或水中有機污染物的凈化等方面。然而，釩酸鉍存在吸光效率低、光生載流子分離能力較弱、光催化活性差等缺點，不利于光催化劑的光能轉化、高效降解水中污染物和循環利用，從而限制了此材料的應用。構造異質結是改善釩酸鉍光催化性能的主要途徑，常見的異質結有p-n型異質結和Z型異質結。Z型異質結較p-n型異質結性能更優，因為Z型機制半導體可以保留較強氧化性價帶和強還原性的導帶以獲得較高的氧化還原性能。此外，由于Z型機制半導體的構建，光生電子-空穴分離速率得到了極大的提高，但是二元Z型光催化材料仍存在光吸收效率低和光催化效率低等缺點。因此，如何全面改善基于釩酸鉍的二元Z型光催化材料存在的光吸收效率低、光催化活性低等問題，是本領域亟需解決的技術難題，而獲得一種光吸收效率高、光生電子-空穴分離效率高、氧化還原能力強、光催化活性高的釩酸鉍/氮摻雜碳量子點/氧化亞銅雙Z型光催化劑，對于高效降解廢水中的污染物質（如抗生素）具有重要的意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種光吸收效率高、光生電子-空穴分離效率高、氧化還原能力強、光催化活性高的釩酸鉍/氮摻雜碳量子點/氧化亞銅雙Z型光催化劑及其制備方法和應用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種釩酸鉍/氮摻雜碳量子點/氧化亞銅雙Z型光催化劑，所述釩酸鉍/氮摻雜碳量子點/氧化亞銅雙Z型光催化劑是以釩酸鉍為載體，所述釩酸鉍上修飾有氮摻雜碳量子點和氧化亞銅。

上述的釩酸鉍/氮摻雜碳量子點/氧化亞銅雙Z型光催化劑，進一步改進的，所述氮摻雜碳量子點的質量分數為0.08%～0.62%；所述氧化亞銅的質量分數為5%～20%。

上述的釩酸鉍/氮摻雜碳量子點/氧化亞銅雙Z型光催化劑，進一步改進的，所述釩酸鉍為板狀結構；所述氧化亞銅為球狀結構；所述氮摻雜碳量子點的直徑＜10 nm。

作為一個總的技術構思，本發明還提供了一種上述的釩酸鉍/氮摻雜碳量子點/氧化亞銅雙Z型光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、將硝酸鉍、偏釩酸銨與水混合，攪拌，得到釩酸鉍前驅體溶液；

S2、將步驟S1中得到的釩酸鉍前驅體溶液與氮摻雜碳量子點溶液混合，超聲，攪拌，得到混合溶液；

S3、將步驟S2中得到的混合溶液進行水熱反應，得到氮摻雜碳量子點修飾釩酸鉍材料；