[发明专利]一种可见光下具有光催化性能的BiVO4 的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在可见光下具有光催化性能的BiVO₄的制备方法，属于功能材料领域。

背景技术

近年来，利用半导体光催化技术降解废水及空气中有机污染物的研究活跃，TiO₂以其无毒，高化学稳定性和氧化性等成为理想的光催化剂。但是TiO₂仅对占太阳能4%的紫外光有响应，这大大限制了其应用。为了更好地利用占太阳光43％的可见光，设计和发展有效的可见光光催化剂有着重要的学术和应用意义。因此，研究工作者设计了许多复合金属氧化物作为可见光响应的新型光催化剂，如BiWO₆、InVO₄、AgAlO₂、CaIn₂O₄等。BiVO₄就是这些复合金属氧化物光催化剂中的一种，它在光解水和降解矿化有机污染物等方面得到了一些应用，但是它的光催化性能受其晶型的影响。BiVO₄主要有三种晶型：四方锆石型、单斜白钨矿型结构和四方白钨矿型结构。单斜白钨矿型结构BiVO₄的禁带宽度窄，在可见光下具有良好的催化活性。BiVO₄的制备方法有固相法、溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、水热法、液相沉淀法、微乳液法和微波水热法等，大多数实验前驱物溶液制备过程中均会用浓硝酸作为Bi(NO₃)₃·5H₂O的溶剂，来抑制Bi(NO₃)₃·5H₂O的水解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在可见光下具有光催化性能的BiVO₄的制备方法，其工艺流程简单，条件温和，反应时间短，粒度分布均匀且成本较低的。按照本发明的工艺方法可以避免使用浓硝酸作为抑制剂，并能选择性地制得单斜相、四方相的BiVO₄粉体，制得的BiVO₄粉体在可见光下具有一定的光催化性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在可见光下具有光催化性能的BiVO₄的制备方法，包括以下步骤：将铋盐溶于去离子水中，搅拌均匀形成铋盐溶液；将钒盐溶于100℃去离子水中，加热搅拌均匀形成钒盐溶液；将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V=1:1的摩尔配比混合，搅拌均匀后，加入NaOH溶液，调节pH为1.33~9.5，磁力搅拌形成前驱物溶液；将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，微波水热反应温度200℃，保温反应40min；反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤3次，最后在70℃下干燥12h，制成了BiVO₄粉体。

本发明进一步的改进在于：所述铋盐和钒盐分别为Bi(NO₃)₃·5H₂O和NH₄VO₃。

本发明进一步的改进在于：所述NH₄VO₃加热搅拌的温度恒定在40℃~45℃直到偏钒酸铵溶液呈棕黄色为止。

本发明进一步的改进在于：所述NaOH溶液的浓度为1~6.5mol/L。

本发明进一步的改进在于：微波水热反应的填充比为50~60%。

一种在可见光下具有光催化性能的BiVO₄的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将0.01mol Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌均匀形成溶液A，将0.01mol NH₄VO₃溶于100℃去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌均匀形成溶液B，加热搅拌的温度恒定在40℃~45℃；步骤2：将步骤1制备的溶液A和溶液B混合后，在磁力搅拌器上搅拌均匀，然后加入NaOH溶液，调节pH值为1.33，在磁力搅拌器上搅拌30min，制得前驱物溶液；步骤3：将步骤2制得的前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为50%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200℃，保温时间为40min；步骤4：待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70℃下恒温干燥12h，得BiVO₄粉体。