[发明专利]一种钒酸铋/碳酸根自掺杂碳酸氧铋光催化材料的制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钒酸铋/碳酸根自掺杂碳酸氧铋光催化材料的制备方法和应用，制备方法包括：(1)将五水合硝酸铋、尿素和柠檬酸钠溶解在去离子水中，搅拌后转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中进行水热反应，反应结束后离心分离取沉淀，经洗涤，干燥，研磨得到产物CO₃^2‑‑Bi₂O₂CO₃；(2)将CO₃^2‑‑Bi₂O₂CO₃溶解于超纯水中，搅拌，加入NH₄VO₃，搅拌后将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中进行水热反应，反应结束后过滤收集沉淀，经洗涤，干燥，研磨得到产物BiVO₄/CO₃^2‑‑Bi₂O₂CO₃。用氙灯作为光源，通过滤波片将低波长的光滤去(λ420nm)，用2‑羟基‑1,4‑萘醌、左氧氟沙星的降解率来表征AgI/CO₃^2‑‑Bi₂O₂CO₃光催化材料的光催化性能。该材料具有化学稳定性高、光吸收能力较强、制备方法简单、成本低等优点。

技术领域

本发明属于光催化材料制备领域，尤其是可见光催化材料技术领域，具体涉及一种钒酸铋/碳酸根自掺杂碳酸氧铋光催化材料的制备方法和应用。

背景技术

在污水处理中，光催化氧化作为一种新型高级氧化技术，在光化学氧化基础上发展起来，氧化能力强，无二次污染，其可在常温常压下进行，具有环保、节能等特点。

铋基半导体是近年发展起来的新型光催化材料。由于Bi原子的特殊结构，其化合物很容易形成层状结构，产生具有可见光响应能力的铋系化合物。Bi₂O₂CO₃作为一种很有前途的光催化剂，由于其化学稳定性、无毒性和低成本，在光降解有毒离子或化合物的环境净化方面受到了广泛关注。Bi₂O₂CO₃作为一种典型的奥里维里斯(Aurivillius)型氧化物，属于四方晶系，具有[Bi₂O₂]²⁺层和[CO₃]²⁺层交替组成的独特层状结构；同时，极化作用产生的内电场有利于光生电子与空穴的分离，从而使其有较高的光催化性能。然而，Bi₂O₂CO₃较大的带隙值(3.1～3.5eV)对可见光的吸收有较大限制。鉴于Bi₂O₂CO₃的内部阴离子基团和适合修饰的层状结构，Bi₂O₂CO₃作为一种可行的衬底，用于探测阴离子基团自掺杂对宽禁带半导体的影响。因此，制备了对可见光吸收性能更好的CO₃^2-自掺杂的Bi₂O₂CO₃(CO₃^2--Bi₂O₂CO₃)。但改进后CO₃^2--Bi₂O₂CO₃在光催化应用中依旧存在电子-空穴对的快速复合的缺点。通过对其形成异质结可以促进太阳能的吸收和利用，加速光生载流子的传输。

钒酸铋(BiVO₄)具有相对窄的带隙，禁带宽度大约为2.4eV，在光化学太阳能电池、离子导电性和有机污染物的光降解等方面有着广泛的应用。故认为，将BiVO₄与CO₃^2--Bi₂O₂CO₃复合制备高效光催化剂是可行的。