[发明专利]一种四方相Er/BiVO4可见光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，具体涉及一种四方相Er/BiVO₄可见光光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

BiVO₄作为一种新型的可见光光催化剂，已在光解水产氧和光催化降解有机污染物等领域得到了广泛关注。BiVO₄主要有三种晶型：单斜白钨矿型结构、四方白钨矿型结构和四方锆石型结构。单斜相BiVO₄禁带宽度较小（2.40eV），能吸收更多的可见光，并且其晶格中Bi-O键发生了畸变，这种畸变提高了光生电子和空穴的分离效率，进而在一定程度上提高了光催化性能，所以在BiVO₄的三种晶型里，单斜相BiVO₄的可见光催化活性最高，这使其成为人们研究的焦点之一，而四方相BiVO₄在可见光下几乎没有光催化效果，很少被研究。但是，由于光生电子和空穴的分离效率较低，纯相的单斜白钨矿型结构BiVO₄的光催化效果并不理想，人们采用离子掺杂、金属负载、半导体复合等手段对其进行了改性，在一定程度上提高了单斜相BiVO₄的光催化性能。Xu等人采用离子注入法合成了一系列稀土离子掺杂BiVO₄光催化剂，实验结果表明，制得的粉体仍为单斜相，其光催化活性都明显高于纯相BiVO₄[Hui Xu,Chundu Wu,Huaming Li,et al.Synthesis,characterization and photocatalytic activities of rare earth-loaded BiVO₄catalysts,Applied Surface Science,256(2009)597-602]；Zhang等人采用水热法制得了单斜相Eu/BiVO₄，其光催化效率大大提高[Aiping Zhang,Jinzhi Zhang,Effects of europium doping on the photocatalytic behavior of BiVO₄,Journal of hazardous materials,173(2010)265-272]。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四方相Er/BiVO₄可见光光催化剂及其制备方法和应用，该方法反应时间短，工艺流程简单，制得的四方相Er/BiVO₄可见光光催化剂具有良好的可见光光催化活性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种四方相Er/BiVO₄可见光光催化剂，其主要成分为BiVO₄，为四方锆石型结构，且BiVO₄的晶格中含有Er³⁺，其中Er元素与Bi元素的摩尔比为(4.17～13.63):100。

其形貌为棒状和方形颗粒状。

一种四方相Er/BiVO₄可见光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，得铋盐溶液；将NH₄VO₃溶于90～100℃的水中，加热搅拌均匀，得钒盐溶液；按照Bi与V的摩尔比为1:1将钒盐溶液滴加到铋盐溶液中，搅拌均匀，得到混合液;

步骤2：调节混合液的pH值为8.5，搅拌均匀；

步骤3:将Er(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Er与Bi的摩尔比为(4.17～13.63):100；

步骤4：将前驱液放入微波水热反应釜中，再将微波水热反应釜密封后放入微波水热反应仪中，设定微波功率为300W，从室温升温至100℃，在100℃保温6min；然后从100℃升温至150℃，在150℃保温6min；再从150℃升温至180℃，在180℃保温35min后结束反应，再自然冷却至室温；

步骤5：将经步骤4反应生成的沉淀物取出，洗涤、干燥，得到四方相Er/BiVO₄可见光光催化剂。