一种苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料及其制备方法和应用，属于光催化材料技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：一种苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料，是由粒径为20‑30nm的单斜白钨矿型BiVO4纳米晶和粒径为40‑50nm的单斜相独居石结构BiPO4纳米晶组成的长椭球形异质结颗粒。本发明专利技术还具体公开了该苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的制备方法和应用。本发明专利技术采用共沉淀水热法一步合成苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料，其具有接触良好的界面，利于光生载流子更好的分离；具有较大的比表面积，表现出较高的可见光光催化性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化材料
，具体涉及一种苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在解决环境污染和能源危机方面，半导体光催化具有无污染、能耗低等优点，是物理、化学、环境和能源领域的研究热点。光催化剂能效和活性的提高是光催化研究的关键科学问题之一。单组分的光催化剂很难有效地同时利用紫外光和可见光，并且光生载流子复合几率高，限制了其光催化活性。作为一种典型的铋基多功能材料，BiPO4性质稳定，在磷酸盐离子传感器、微波介质、放射性元素的共沉淀与分离等领域已有了广泛的应用。然而对其光催化活性的研究近年才开始，BiPO4有单斜相（mMBIP）、单斜相独居石结构（nMBIP）和六方相结构（HBIP）三种晶相结构，其中单斜相独居石结构的光催化活性较好。研究发现BiPO4对多种污染物降解表现出比P25更高的紫外光催化活性，但由于带宽为3.85eV，BiPO4仅对紫外光响应，可见光催化性能不高。单斜晶系钒酸铋（m-BiVO4）的带隙为2.4eV，有优秀的可见光响应，导带和价带位置适宜，在可见光或太阳光下可催化分解水和降解污染物。然而，纯BiVO4的吸附能力差且电子-空穴对分离难，所以纯BiVO4的催化活性不高。针对上述两种光催化材料的优缺点，将其原位复合形成异质结构，重复发挥两种材料的优势，取长补短。有望既能扩展光谱响应范围，又能利用内建电场使载流子定向传输，促进电子-空穴高效分离，从而提高光催化效率。目前尚没有关于合成苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料以提高其光催化性能的相关报道。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料，解决了磷酸铋可见光催化活性不高和钒酸铋光生载流子分离难的问题，复合光催化剂表现出较高的可见光催化活性和稳定性。本专利技术解决的另一个技术问题是提供了一种合成工艺简单的苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的制备方法。本专利技术还解决的技术问题是苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料在光催化降解有机污染物、光催化分解水和光催化还原二氧化碳中的应用。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料，其特征在于：所述的光催化材料是由粒径为20-30nm的单斜白钨矿型BiVO4纳米晶和粒径为40-50nm的单斜相独居石结构BiPO4纳米晶组成的长椭球形异质结颗粒。进一步限定，所述的长椭球形异质结颗粒的长度为3-4μm，该长椭球形异质结颗粒的中部直径为0.8-1.2μm。本专利技术所述的苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将NH4VO3和NaH2PO4·2H2O溶于水中并搅拌混合均匀形成溶液A；（2）将Bi(NO3)3·5H2O溶于乙二醇中并搅拌混合均匀形成溶液B；（3）将溶液A滴加到溶液B中并搅拌形成乳浊液，再将该乳浊液转移至水热反应釜中于160-180℃水热反应8-12小时，然后自然冷却至室温，离心分离，反复洗涤后真空干燥得到苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料。进一步限定，步骤（1）中所述的NH4VO3与NaH2PO4·2H2O的摩尔比为1:3。进一步限定，步骤（1）中所述的NH4VO3和NaH2PO4·2H2O的总摩尔量与Bi(NO3)3·5H2O的摩尔比为1:1。进一步限定，步骤（1）中的水与步骤（2）中乙二醇的体积比为9:1。进一步限定，步骤（1）中的水与步骤（2）中乙二醇的总体积占水热反应釜容积的1/2。进一步限定，所述的苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料在光催化处理罗丹明B或甲硝唑废水中的应用。本专利技术采用共沉淀水热法一步合成苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料，其具有接触良好的界面，利于光生载流子更好的分离；具有较大的比表面积，表现出较高的可见光光催化性能。本专利技术无需加入任何模板剂和其他添加剂，合成过程工艺简易，绿色环保，适宜规模化生产，有望产生良好的社会和经济效益。附图说明图1是实施例1制得的BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的FESEM图；图2是实施例1制得的BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的HRTEM图；图3是实施例1制得的BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的XPS图谱；图4是纯BiVO4、纯BiPO4和实施例1制得的BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的XRD图谱；图5是纯BiVO4、纯BiPO4和实施例1制得的BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的UV-VisDRS图谱；图6是纯BiVO4、纯BiPO4和实施例1制得的BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的PL图谱；图7是不同光催化材料在可见光照射下对罗丹明B的降解效率对比图；图8是实施例1制得的BiVO4/BiPO4异质结光催化材料降解甲硝唑的紫外可见吸收光谱变化曲线；图9是不同光催化材料在可见光照射下对甲硝唑的降解效率对比图；图10是实施例1制得的BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的导带-价带相对位置及可见光下光生电子-空穴分离过程示意图。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的合成过程如下：（1）称取0.5mmolNH4VO3和1.5mmolNaH2PO4·2H2O溶解在45mL水中形成溶液A；（2）将2.0mmolBi(NO3)3·5H2O加入到5mL乙二醇，磁力搅拌30min至Bi(NO3)3·5H2O完全溶解形成溶液B；（3）磁力搅拌下将溶液A缓慢滴加到溶液B中，继续搅拌1h使其混合均匀得到乳浊液，再将乳浊液转移至100mL聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，密封、置于烘箱中加热，使其于180℃恒温反应12小时，反应结束后，将反应釜自然冷却到室温，离心分离收集沉淀，洗涤、真空干燥，得到淡黄色粉末状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料。图1是本实施例制得的BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的FESEM图。由图可以看出样品呈长椭圆形，直径约为1mm，长度为3-4mm，表面有颗粒状凸起，类似苦瓜表面不整齐的瘤状突起。从破损的个体可以发现，样品为空心结构。不论是瘤状突起的表面还是内部空心的椭圆结构都与苦瓜形状相似。图2是本实施例制得的BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的HRTEM图。由图可以看出样品结晶良好，能观察到两种不同的晶格条纹，间距分别为0.326nm和0.292nm，分别对应BiPO4的（200）晶面和BiVO4的（040）晶面，并且能清晰观察到两种物质的边界，表明BiPO4与BiVO4纳米晶粒之间形成异质结构。图3是本实施例制得的BiVO4/BiPO4异本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料，其特征在于：所述的光催化材料是由粒径为20‑30nm的单斜白钨矿型BiVO4纳米晶和粒径为40‑50nm的单斜相独居石结构BiPO4纳米晶组成的长椭球形异质结颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料，其特征在于：所述的光催化材料是由粒径为20-30nm的单斜白钨矿型BiVO4纳米晶和粒径为40-50nm的单斜相独居石结构BiPO4纳米晶组成的长椭球形异质结颗粒。
2.根据权利要求1所述的苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料，其特征在于：所述的长椭球形异质结颗粒的长度为3-4μm，该长椭球形异质结颗粒的中部直径为0.8-1.2μm。
3.一种权利要求1或2所述的苦瓜状BiVO4/BiPO4异质结光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将NH4VO3和NaH2PO4·2H2O溶于水中并搅拌混合均匀形成溶液A；（2）将Bi(NO3)3·5H2O溶于乙二醇中并搅拌混合均匀形成溶液B；（3）将溶液A滴加到溶液B中并搅拌形成乳浊液，再将该乳浊液转移至水热反应釜中于160-180℃水热反应8-12h，然后自然冷却至室温，离心分离，反复洗涤后真空干燥得到苦瓜状BiVO4/BiPO4...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫云辉，周建国，赵凤英，赵晓华，杜锦阁，李莉，刘林霞，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南;41