[发明专利]多形貌Ho/BiVO4复合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，具体涉及一种多形貌Ho/BiVO₄复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前，人类面临着能源和环境两大问题。随着化石能源的日益枯竭及工业生产对环境污染的加重，寻找新的清洁能源及有效治理环境污染物是摆在全球科学家面前的一个挑战。然而，采用光催化法可以有效利用太阳能并在温和条件下实现光催化降解有机染料的过程，在此，半导体光催化剂是实现该过程的核心所在。

BiVO₄是近年来研究较多的一种半导体光催化剂材料，它具有较高的响应可见光催化分解水和降解有机污染物的能力。但由于BiVO₄的导带位置低于氢的还原电位，无法达到还原水产生氢气的目的，限制了其在光解水制氢方面的应用；且BiVO₄受光激发产生的电子和空穴容易复合，光催化性能仍受到一定的限制，所以许多学者开始着手研究对BiVO₄的光催化性能进行改性，以便提高其光催化降解污染物的效果，最终在实际生活生产中得到广泛的应用。掺杂可改善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多形貌Ho/BiVO₄复合光催化剂及其制备方法和应用，该方法结合了微波加热的优点与水热反应的特点，且制备的多形貌Ho/BiVO₄复合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：

多形貌Ho/BiVO₄复合光催化剂，其主要成分为BiVO₄，为四方锆石相结构，且BiVO₄的晶格中含有Ho³⁺，其中Ho元素与Bi元素的摩尔比为(2.04～13.64):100。

其形貌为由颗粒团聚形成的球状或不规则的短柱状与小块状。

多形貌Ho/BiVO₄复合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Ho(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Ho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1.0MPa，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，得到多形貌Ho/BiVO₄复合光催化剂。

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。

所述的步骤3中用浓度为5mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH值，NaOH溶液的滴加速度小于等于1mL/min。