[发明专利]一种BiPO4‑ZnFe2O4复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种BiPO₄-ZnFe₂O₄复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

半导体光催化技术由于在环境修复和有机废水处理中的潜在应用而备受关注。常用的TiO₂光催化剂具有结构稳定、无毒、廉价等优点，但是存在太阳能转换效率低和光生电子-空穴对复合率高等缺点。

BiPO₄是一类新型高效的光催化剂，可表现出比TiO₂更优越的光催化活性，但由于BiPO₄是宽带隙（3.93eV）光催化剂，其对可见光的利用率较低，因此对BiPO₄及其复合结构进行调控以提高BiPO₄的太阳能转换效率和光量子效率成为近年来的研究热点。锌铁氧体(ZnFe₂O₄)是一个典型的铁氧体尖晶石(AB₂O₄)，拥有广泛的应用和磁特性、电特性、催化活性和气敏特性等本质属性，ZnFe₂O₄的禁带宽度较窄，其禁带宽度约为1.9eV，其独特的晶体结构和电子结构使其具有较宽的吸收带隙和较高的光催化活性。然而，目前尚没有相关文献关于BiPO₄-ZnFe₂O₄复合光催化剂的报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种光量子效率高、易于回收、可见光吸收和光催化活性好的磁性BiPO₄-ZnFe₂O₄复合光催化剂。

本发明解决的另一个技术问题是提供了一种简单易行且环境友好的BiPO₄-ZnFe₂O₄复合光催化剂的制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种BiPO₄-ZnFe₂O₄复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）在搅拌条件下将氯化锌和九水合硝酸铁按摩尔比1:2溶于去离子水中形成氯化锌与九水合硝酸铁的混合溶液，再用氨水调节混合溶液的pH值为10，在室温条件下将混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥得到ZnFe₂O₄粉体；（2）以硝酸铋和去离子水为原料配制硝酸铋水溶液，在搅拌条件下向硝酸铋水溶液加入二水合磷酸二氢钠和步骤（1）得到的ZnFe₂O₄粉体形成混合溶液，其中所加二水合磷酸二氢钠与硝酸铋的摩尔比为1:1，所加ZnFe₂O₄粉体与硝酸铋的摩尔比为0.5-2:1；（3）在室温条件下将步骤（2）得到的混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应10-30min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥制得磁性BiPO₄-ZnFe₂O₄复合光催化剂。

进一步优选，步骤（1）的氯化锌与九水合硝酸铁的混合溶液中氯化锌的摩尔浓度为0.05-0.2mol/L。

进一步优选，步骤（2）的硝酸铋水溶液的摩尔浓度为0.1-0.5mol/L。

本发明所述的BiPO₄-ZnFe₂O₄复合光催化剂，是按照上述方法制备得到的。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、为了提高BiPO₄的光谱响应范围，将其与具有理想带隙的ZnFe₂O₄相复合，利用两种半导体之间的能级差能使光生载流子由一种半导体微粒的能级注入到另一种半导体的能级上，使电荷有效分离，有效提高了BiPO₄的太阳能利用率和光量子效率；