[发明专利]一种Sm 掺杂BiVO4光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种Sm掺杂BiVO₄光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代文明和科技的飞速发展,环境污染越来越严重,环境污染与防治已成为全球性普遍关注的重要课题，近二三十年,光催化降解技术的发展为人类治理环境污染问题提供了一条有效的途径。虽然以TiO₂为代表的光催材料表现出优良的光催化性能,但往往具有可见光响应范围窄,无法高效利用太阳光的问题,因此,在进一步改善TiO₂光催化性能的同时,对新型可见光响应型光催化剂的寻找也显出需要性与迫切性。

BiVO₄作为近年发现的一种具有可见光活性的新型半导体光催化剂,得到了广泛的关注。柯丁宁等将Bi(NO₃)₃·5H₂O和NH₄VO₃分别溶解于硝酸溶液中,溶液混合后再加入CTAB,在水热条件下得到结晶良好的单斜相钒酸铋，然而,BiVO₄体内光激发生成的电子难以迁移,极易和空穴复合,使催化剂的光量子效率和可见光活性降低。为了提高BiVO₄的光量子效率和可见光活性,常对其进行改性。

掺杂可改善纯相BiVO₄的光催化反应效率和选择性，目前对BiVO₄进行掺杂改性的方法多为浸渍法，即在传统的固相反应法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法及水热法等制备出纯相BiVO₄后，再选择适当的金属源采用浸渍的方法对其进行掺杂，该方法流程多，工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Sm掺杂BiVO₄光催化剂及其制备方法和应用，该方法操作简单，反应时间短，反应条件温和，且制备的Sm掺杂BiVO₄光催化剂具有较高的光催化活性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种Sm掺杂BiVO₄光催化剂，其主要成分为BiVO₄，为四方锆石相结构，且BiVO₄的晶格中含有Sm³⁺，其中Sm元素与Bi元素的摩尔比为(2.04～13.64):100。

其形貌为四方棱柱状。

一种Sm掺杂BiVO₄光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于水中，搅拌均匀，得到铋盐溶液；将NH₄VO₃溶于100℃的水中，加热搅拌均匀，得到钒盐溶液；

步骤2：按Bi与V的摩尔比为1:1将钒盐溶液加到铋盐溶液中，搅拌均匀，得到混合液;

步骤3：调节混合液的pH值为8，搅拌均匀；

步骤4：将Sm(NO₃)₃·6H₂O加入到调节了pH值后的混合液中，搅拌均匀，得前驱液，其中Sm与Bi的摩尔比为(2.04～13.64):100；

步骤5：将前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜密封后置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.2MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至100℃，在100℃保温8min；然后从100℃升温至150℃，在150℃保温8min；再从150℃升温至180℃，在180℃保温40min后结束反应；

步骤6：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，洗涤，干燥，得到Sm掺杂BiVO₄光催化剂。

所述的铋盐溶液中Bi(NO₃)₃·5H₂O的浓度为0.4mol/L；钒盐溶液中NH₄VO₃的浓度为0.4mol/L。

所述的步骤1中将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于水中搅拌20min；将NH₄VO₃溶于100℃的水中，在90-100℃下加热搅拌20min；所述的步骤2中的搅拌均匀是在磁力搅拌器上搅拌15min。