[发明专利]一种暴露高活性晶面的钒酸铋光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米光催化剂材料及其制备领域，具体的说，特别涉及一种表面活性剂辅助水热合成暴露高活性{010}晶面的钒酸铋光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着当今社会的不断发展，能源短缺和环境污染等问题日益严重；特别是环境污染问题，已经严重制约了人类社会的可持续发展。如何利用一种高效的手段来解决这些问题是人类需要共同面对的重大问题。众所周知，太阳能是一种取之不尽用之不竭的能源，如果能够充分利用太阳能，能源短缺与环境污染等问题将得到大大缓解。

现代工业排放的许多污染物用常规处理方法难以得到解决，其中有机染料（例如亚甲基蓝（MB）、罗丹明B(RhB)和甲基橙（MO））等一些常见的难降解污染物在织染等工业中有大量排放，已经造成了严重的环境污染。研究表明利用半导体光催化剂在光照的条件下产生的活性物质可以有效分解这些有机染料污染物。因此，为了解决这类污染物带来的环境问题，近几十年来各国科学家对利用太阳能光解有机染料污染物进行了广泛而深入的研究，并取得了较大进展。目前研究最多的半导体光催化剂是TiO₂，但是其带隙较大（3.2eV），只有在紫外光下才有响应，不能充分利用太阳能，很大程度上限制了其实际应用。因此研究具有可见光响应性能的光催化剂具有重要意义。

钒酸铋(BiVO₄)是一种近十年逐渐发展起来的可见光响应的光催化材料，具有良好的可见光光催化性能¹。目前各国科学家已经陆续开发出了多种不同形貌BiVO₄的合成方法，比如球形纳米颗粒²、纳米管³、纳米片⁴等。一方面，不同形貌的BiVO₄可以选择性的暴露某些特定的晶面。另一方面，很多特殊形貌有利于增加材料的比表面积，而比表面积的增加可以提高材料的吸附性能和催化性能。而且超细纳米结构可以减小光生电子和空穴到达催化剂表面的传输距离，从而减小其重组的可能性。一般来说表面活性剂辅助合成法是合成不同形貌BiVO₄的一种切实有效地方法，例如采用EDTA⁵和SDBS⁶等表面活性剂，可以选择性的合成出纳米颗粒、纳米管³、正八面体⁶等多种形貌的BiVO₄。一些无机物也可以辅助合成出特殊形貌的BiVO₄，例如TiCl₃等。用于调节溶液pH的物质也对形貌有很大影响，例如，用乙醇胺调节pH合成出了纳米片，而采用KHCO₃³做为pH调节剂合成出了纳米管。总之，可以采用多种方法合成出具有特殊形貌的BiVO₄。

虽然BiVO₄作为光催化剂的研究已经取得了较大进步，但BiVO₄还并非一种完美的光催化剂。原因之一就是在合成过程中，钒酸铋的高活性晶面难以得到充分暴露，大大影响了其光催化性能。因此有必要选择性合成出具有高活性晶面暴露的钒酸铋。理论和实验研究均表明{010}晶面是钒酸铋光催化剂的高活性晶面^4,7,8。目前虽然合成出了多种形貌的BiVO₄材料，但是高活性晶面的暴露依然不足。因此开发出一种简单易行的方法来选择性合成暴露{010}晶面的钒酸铋光催化剂对提高其光催化活性具有十分重要的意义。

参考文献：

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