一种复合半导体光催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种复合半导体光催化材料及其制备方法。该方法先采用水热法合成BiOBr和BiVO4，然后再采用超声波法将BiOBr和BiVO4混合在一起制备BiOBr/BiVO4复合半导体光催化材料。本发明专利技术的方法具有操作简单、无污染、成本低，可大规模生产等优点。所制备的复合半导体催化材料具有比表面积大、分散均匀、稳定性好、高的可见光响应活性，同时对有机染料罗丹明B具有很好的降解性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合半导体光催化材料及其制备方法，属于新材料及环保领域。
技术介绍
随着科技进步和社会的不断发展，环境和能源问题日益严重。光催化材料能够在光照的条件下，有效的降解污水和空气中有机有害物质，生成H2O和CO2，达到去污环保的功能。传统的光催化材料主要是以TiO2为主，这类光催化材料的禁带宽度较大，并且只能在紫外光的照射下发生光催化效应，这无疑限制了它的应用。
技术实现思路
而铋系材料具有较小的禁带宽度，且能够在可见光的作用下降解有机物质，给实际应用提供了更大的空间。因此也是除了钛系材料以外，研究较多的一类光催化材料。然而，单一的铋系材料会因为产生的光生电子空穴对较高的复合率而导致光催化活性的降低。为了提高光催化材料的活性，选择两种不同半导体复合，在其接触面上形成异质结构，将有助于光生电子-空穴对的分离，减少复合率，提高光催化效率。BiOBr和BiVO4在可见光下具有一定的光催化活性。但单一的BiOBr和BiVO4由于较高的光生电子-空穴对的复合率，光催化活性非常有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合半导体光催化材料。本专利技术的的另一目的在于提供上述复合半导体光催化材料的制备方法。本专利技术上述目的通过以下技术方案予以实现。本专利技术的技术关键在于水热法合成BiOBr和BiVO4，以及将合成出的BiOBr和BiVO4混合在乙醇中，超声处理至混合物均匀，然后干燥，即得混合均匀的BiOBr/BiVO4复合半导体光催化材料。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为。提供一种BiOBr/BiVO4复合半导体光催化材料。以CTAB为溴源，Bi(NO3)3·5H2O为铋源，采用水热发合成BiOBr；以NH4VO3作为钒源同时作为促进剂，Bi(NO3)3·5H2O为铋源，水热法合成BiVO4；以乙醇为介质，把BiOBr和BiVO4按一定比例混合，超声波处理后，得到BiOBr/BiVO4复合半导体光催化材料。所述的BiOBr的合成过程中，Bi(NO3)3·5H2O和CTAB的质量比为1:2~1:3，合成温度为140℃~160℃，反应时间为12~24h。所述的BiVO4的合成过程中，NH4VO3和Bi(NO3)3·5H2O的物质量之比为1:2~1:4。反应温度为70~90oC，反应时间为12~24h。本专利技术制备不同比例的BiOBr/BiVO4,表示为BiOBr/BiVO4-xx，比例为1:0、2:3、1:1、3:2、0:1，分别表示为BiOBr、BiOBr/BiVO4-60、BiOBr/BiVO4-50、BiOBr/BiVO4-40、BiVO4。上述的光催化材料能够在可见光下降解有机污染物。本专利技术的优点在于：1）所示的光催化材料的制备过程简单，易于操作，无污染；2）所述的光催化材料制备过程中，选用乙醇作为BiOBr和BiVO4的混合液态环境，有利于快速干燥，物质不易结块，节约了能源；3）所述的光催化材料制备过程中，通过超声波处理使得BiOBr和BiVO4混合均匀，减少了物质的团聚，提高了比表面积；4）所述的光催化材料，窄化了半导体禁带宽度，增强了催化剂对可见光的响应，提高了光催化效率；5）所述的光催化材料，降解污染物后，不会产生二次污染，且催化剂易与溶液分离，稳定性好，便于循环利用，节约了成本，可工业化生产。附图说明图1为BiOBr、BiVO4、BiOBr/BiVO4的SEM图和BiOBr/BiVO4的TEM图。图2为BiOBr、BiVO4、BiOBr/BiVO4的UV-Vis漫反射光谱图。图3为BiOBr/BiVO4复合光催化材料在可见光（300W卤钨灯、400nm截止滤波片）的照射下降解罗丹明B的效果图。结果表明BiOBr/BiVO4-50对有机污染物罗丹明B的降解效果最好。图4为BiOBr/BiVO4复合光催化材料循环利用15次对罗丹明B的降解图。具体实施方式下面结合具体实例对本专利技术的光催化材料进行描述，本实例只用于进一步说明，而不是对本专利技术的限制。实施例1：制备BiOBr光催化剂。将一定量的Bi(NO3)3·5H2O溶解在10mL纯乙醇中，形成溶液A，将十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）缓慢加入到A中，搅拌并超声波处理后形成前驱体B，（Bi(NO3)3·5H2O与CTAB的质量比为1:2~1:3）。将B转移至50mL聚四氟乙烯衬里的高压釜中，体积填充度80%。将高压釜密封，加热温度为140~160℃，反应时间12~24h。反应后离心、洗涤2~3次，在60℃烘箱中干燥8h，得到BiOBr粉末。实施例2：制备BiVO4光催化剂。NH4VO3溶解在20mL去离子水中，放入96℃的恒温箱中20min后形成溶液C。Bi（NO3）3•5H2O加到20mL去离子水中得到溶液D，其中NH4VO3与Bi（NO3）3•5H2O的质量之比为1:2~1:4，将D溶液缓慢滴加到C中，形成前驱体E。然后将E转移至烧瓶中，调节恒温水浴锅至70~90℃，反应12h。离心、洗涤后，放入60℃恒温箱中干燥5h，得到BiVO4。实施例3：制备BiOBr/BiVO4光催化剂。将上述实施例1和实施例2得到的BiOBr和BiVO4按2:3加入到乙醇中，然后超声波处理30min，混合均匀后，放入60℃恒温箱中干燥2h，得到BiOBr/BiVO4-60复合光催化剂。实施例4在上述实施例3中，除配比换成1:1之外，其他条件不变，制得BiOBr/BiVO4-50复合光催化剂。实施例5在上述实施例3中，除配比换成3:2之外，其他条件不变，制得BiOBr/BiVO4-40复合光催化剂。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合半导体光催化材料及其制备方法，其特征在于，所述的复合半导体光催化材料是先以水热法合成出BiOBr和BiVO4，然后以乙醇为介质用超声波处理BiOBr和BiVO4的混合物至均匀混合得到BiOBr/BiVO4复合半导体光催化材料，所述超声波处理时间为30min；该制备方法包括如下步骤：（1）BiOBr的制备：将Bi(NO3)3·5H2O加入适量乙醇中，搅拌均匀，然后加入一定质量比的CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）到上述溶液中，得到前驱体；将前驱体转移至聚四氟乙烯衬里的高压釜中，加热反应一段时间后，离心、洗涤，放入恒温箱中干燥8h，得到BiOBr；（2）BiVO4的制备：将一定量的NH4VO3溶解在去离子水中，放入96℃的恒温箱中20min后得到溶液A；将一定质量比的Bi（NO3）3·5H2O加到去离子水中得到物质B；所得B缓慢滴加到溶液A中得到C；然后将C转移至烧瓶中，调节恒温水浴锅温度，反应一段时间后，洗涤、离心，然后放入60℃恒温箱中干燥5h，得到BiVO4；（3）BiOBr/BiVO4的制备：将（1）中得到的BiOBr和（2）中得到的BiVO4按照一定的比例混合在一起，加入适量乙醇，超声处理，然后放入60℃恒温箱中2h，得到BiOBr/BiVO4复合半导体光催化材料。...

【技术特征摘要】
1.一种复合半导体光催化材料及其制备方法，其特征在于，所述的复合半导体光催化材料是先以水热法合成出BiOBr和BiVO4，然后以乙醇为介质用超声波处理BiOBr和BiVO4的混合物至均匀混合得到BiOBr/BiVO4复合半导体光催化材料，所述超声波处理时间为30min；该制备方法包括如下步骤：（1）BiOBr的制备：将Bi(NO3)3·5H2O加入适量乙醇中，搅拌均匀，然后加入一定质量比的CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）到上述溶液中，得到前驱体；将前驱体转移至聚四氟乙烯衬里的高压釜中，加热反应一段时间后，离心、洗涤，放入恒温箱中干燥8h，得到BiOBr；（2）BiVO4的制备：将一定量的NH4VO3溶解在去离子水中，放入96℃的恒温箱中20min后得到溶液A；将一定质量比的Bi（NO3）3·5H2O加到去离子水中得到物质B；所得B缓慢滴加到溶液A中得到C；然后将C转移至烧瓶中，调节恒温水浴锅温度，反应一段时间后，洗涤、离心，然后放入60℃恒温箱中干燥5h，得到BiVO4；（3）BiOBr/BiVO4的制备：将（1）中得到的BiOBr和（2）中得到的BiVO4按照一定的比例混合在一起，加入适量乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓娇，张国庆，阳楚雄，区文仕，
申请(专利权)人：广东工业大学，广东万锦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44