[发明专利]一种微波水热法合成碳掺杂BiVO4 光催化剂的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种微波水热法合成碳掺杂BiVO₄光催化剂的方法。

【背景技术】

近年来，随着全球经济的飞速发展，全球环境污染问题和可持续能源短缺问题日益严重，因此，寻求一种治理环境和解决能源问题的有效途径，已成为全世界急待解决的问题。许多金属氧化物半导体材料如BiVO₄、BiWO₆、Bi₂O₃、WO₃、Fe₂O₃、Cu₂O等因既能光催化降解污染物又能光分解水制氢、制氧而得到了广泛的关注。其中，BiVO₄因其较窄的带隙(约2.4eV)、较高的光化学稳定性、较强的氧化还原能力及无毒、成本低等优点而被越来越多的应用于可见光光催化研究。[张爱平,张进治.分子催化.2010,51-56.]但是，由于纯BiVO₄催化剂的载流子复合率高、量子效率低而导致其光催化活性较低，这大大限制了其在光催化氧化有机污染物和光分解水等领域的应用。为此，人们采用了多种手段对BiVO₄进行改性，其中离子掺杂被认为是一种有效的改性手段。例如Ge采用注入法合成了Pd/BiVO₄可见光响应型光催化剂。[Ge,L.Materials Chemistry and Physics,2008,107:465-470]。Xu等人研究了一系列稀土元素(Ho、Sm、Yb、Eu、Gd、Nd、Ce、La)掺杂BiVO₄粉体的光催化性能[Xu,H.,et al.AppliedSurface Science，2009,256:597-602]。Duk Kyu Lee等人以蔗糖为碳源采用浸渍法制备了碳掺杂的钒酸铋。[Duk Kyu Lee,In-Sun Cho.Materials Chemistry and Physics,2010,119:106～111]。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种微波水热法合成碳掺杂BiVO₄光催化剂的方法，该制备方法操作简单，反应速度快，无需煅烧处理，制得的粉体粒径均匀，且光催化性能良好。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微波水热法合成碳掺杂BiVO₄光催化剂的方法，包括以下步骤：

步骤1：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，搅拌均匀，得铋盐溶液，将NH₄VO₃溶于去离子水中，加热搅拌均匀，得钒盐溶液，将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V=1:1的摩尔比混合，形成混合液;

步骤2：将C₆H₁₂O₆按照C₆H₁₂O₆:Bi(NO₃)₃·5H₂O=(0.01~0.15):1的摩尔比加入到混合液中，搅拌均匀，形成前驱体；

步骤3：将前驱体放入反应釜中，将反应釜放到微波水热仪中，微波水热反应至反应完全，反应完成后将生成的黄色沉淀取出，洗涤、干燥，得到碳掺杂BiVO₄光催化剂。

本发明进一步的改进在于：步骤3中微波水热法的具体工艺为：选择微波控温模式：室温至100℃，微波功率为300W，100℃保温6min；100℃至150℃，微波功率为300W，150℃保温6min；150℃至200℃，微波功率为300W，200℃保温为40min，200℃保温时的压力为2.3MPa。

本发明进一步的改进在于：所述的步骤1中Bi(NO₃)₃·5H₂O和NH₄VO₃的用量均为0.01mol。

本发明进一步的改进在于：所述的步骤1中将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中搅拌40min。

本发明进一步的改进在于：所述的步骤1中将NH₄VO₃溶于90℃的去离子水中加热搅拌30min。