[发明专利]一种二维钒酸铋/石墨烯/氮化碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种二维钒酸铋/石墨烯/氮化碳复合材料及其制备方法和应用。由钒酸铋、石墨烯、氮化碳组成，其中钒酸铋和氮化碳均为二维片状结构，钒酸铋二维片状结构的长度为300nm‑800nm，氮化碳二维片状结构的长度为400nm‑1μm，并均分布在石墨烯的表面，钒酸铋的主要暴露晶面为{001}晶面。氯化铋、偏钒酸氨先混合反应后，再与氧化石墨烯、氮化碳混合进行水热反应得到复合材料，构建形成了Z型光催化体系，提高了光催化降解率。

技术领域

本发明属于纳米材料制备的技术领域，具体涉及一种二维BiVO₄/石墨烯/氮化碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

太阳能驱动的半导体光催化技术，因为在能源转换以及环境修复方面的优良性能而受到人们的关注。研究表明，带隙为2.4eV的钒酸铋(BiVO₄)是一种理想的光催化剂，具有制备成本低、环境友好和高稳定性等的特点，因而得到了广泛的应用。发明人发现，单一BiVO₄存在一定的内在缺陷，例如其可见光利用效率低、光生电荷复合率高、量子产率低和吸附能力差，限制了其在实际领域的进一步应用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种二维钒酸铋/石墨烯/氮化碳复合材料及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种二维BiVO₄/石墨烯/氮化碳复合材料，由钒酸铋、还原氧化石墨烯、氮化碳(g-C₃N₄)组成，其中钒酸铋和氮化碳均为二维片状结构，钒酸铋二维片状结构的长度为300nm-800nm，氮化碳二维片状结构的长度为400nm-1μm，并均分布在还原氧化石墨烯的表面，钒酸铋的主要暴露晶面为{001}晶面。

通过XRD谱图表明，钒酸铋以004衍射峰为主，说明钒酸铋沿{001}平面具有优势取向，因此推断钒酸铋的主要暴露晶面为{001}晶面。

本发明涉及一种二维BiVO₄/石墨烯/氮化碳复合材料，为一种人工Z型光催化体系，Z型光催化体系的构建，既可以提高光生载流子的分离迁移效率，又可以保持光生空穴的氧化能力。因此，人工Z型光催化体系的界面特性对纳米材料的光催化性能起着关键的作用。

发明人认为，不同形貌结构的光系统I、II所构建的Z型光催化体系，由于会影响界面间的电子传递路径，因此对体系的光催化性能有着重要的影响。在本发明中，氮化碳作为光系统I，BiVO₄作为光系统II，以还原氧化石墨烯作为电子传递链，本发明合成的二维片状结构的钒酸铋和氮化碳，还原氧化石墨烯连接钒酸铋和氮化碳，在同一时间内使光催化过程中的中间体和电子的数量增多，提高光催化效率。实现BiVO₄复合光催化体系在光催化降解污染物方面的有效应用。

第二方面，一种二维BiVO₄/石墨烯/氮化碳复合材料的制备方法，所述方法包括将氯化铋(BiCl₃)溶于水，加入偏钒酸氨(NH₄VO₃)混合反应，然后加入乙醇胺溶液、氧化石墨烯、氮化碳(g-C₃N₄)，进行水热反应得到二维BiVO₄/石墨烯/氮化碳复合材料。