[发明专利]一种可见光催化剂BiVO4及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂材料领域，具体涉及一种新型三维连通孔道结构可见光催化剂BiVO₄的制备方法，所得到的催化剂可用于降解环境中的有害物质。

背景技术

近些年来，环境污染和能源危机给人类生存带来的挑战日益严重，光催化技术作为一种高级氧化过程技术应运而生，并获得了显著的发展。二氧化钛(TiO₂)由于其稳定的化学性质、优越的催化活性、无毒、价格低廉等特点，成为研究最为广泛的光催化剂。但是，因为较宽的禁带宽度(3.2ev)的限制，TiO₂只能利用小于388nm的紫外光，而对占太阳光能量45％的可见光的利用极少。因此，开发高效利用可见光的可见光响应光催化剂具有极高的经济价值和实用前景。

在可见光激发光催化剂中，铋系复合氧化物由于独特的晶体结构和电子结构，成为可见光催化剂材料中的研究热点。钒酸铋(BiVO₄)作为一种代表性的光催化剂，具有单斜相的BiVO₄比四方相BiVO₄表现出更高的光催化活性。传统的固相反应法制备的钒酸铋由于颗粒粗大、比表面积小，其光催化性能较差，而目前应用较多的水热法多采用添加模板剂和表面活性剂的方式调整材料的形貌结构，操作复杂、价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备三维连通孔道结构可见光催化剂BiVO₄及其制备方法，可见光催化剂BiVO₄具有三维连通孔道结构、颗粒较小，并具有较大的比表面积；制备方法工艺简单，成本低廉，且能耗低。

本发明提供的一种可见光催化剂BiVO₄，其特征在于，该可见光催化剂BiVO₄为粉体，晶相为单斜晶系白钨矿结构，其形貌为三维连通孔道结构。

上述可见光催化剂BiVO₄制备方法包括下述步骤：

(1)按照铋盐中Bi离子与钒盐中的V离子的摩尔比为1∶0.5～1∶2溶解在乙二醇中，超声、搅拌，制备成Bi离子浓度为0.05～0.5mol·L^-1的澄清溶液；

(2)将所制备的澄清溶液转移到恒温水浴箱中，设定保温温度为50～90℃，保温时间为2～10天；

(3)所得到的沉淀用蒸馏水离心洗涤，再用酒精离心洗涤，烘干蒸发掉残留的酒精，得到粉体；

(4)将得到的粉体在350～600℃下煅烧1～3h后，得到可见光催化剂BiVO₄。

本发明制备所得到的催化剂以粉体形式存在，晶相为单斜晶系白钨矿结构，其形貌为三维连通孔道结构。具体而言，本发明的特点是：

(1)采用水浴加热法(即恒温水浴箱)制备可见光催化剂BiVO₄粉体，工艺简单、能耗低。

(2)不使用表面活性剂，降低了材料的合成成本。

(3)催化剂粉体具有三维连通孔道结构，形貌新颖，并且颗粒小，具有较大的比表面积。

(4)对工业染料罗丹明B(RhB)的降解比传统固相法制备的材料的降解率有了大幅度提高。

附图说明

图1是水浴加热制备的三维连通孔结构BiVO₄的XRD图谱；

图2是水浴加热制备的三维连通孔结构BiVO₄的场发射扫描电镜图；

图3是水浴加热制备的三维连通孔结构BiVO₄的透射电镜图；

图4是水浴加热制备的三维连通孔结构BiVO₄的孔径分布曲线；

图5是制备的样品在可见光照射下，RhB的浓度随时间的变化曲线。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容。

实例1