一种氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结及其制备方法和应用，先通过水热法合成(040)晶面BiVO

Carbon nitride / graphene / (040) crystal surface bismuth vanadate heterojunction and preparation method and application thereof

The invention discloses a carbon nitride / graphene / (040) crystal surface bismuth vanadate heterojunction and a preparation method and an application thereof, wherein the crystal surface BiVO (040) is firstly synthesized by hydrothermal method

【技术实现步骤摘要】
一种氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结及其制备方法和应用
本专利技术属于功能材料领域，涉及一种g-C3N4/RGO/(040)晶面BiVO4异质结及其制备方法和应用。
技术介绍
BiVO4是一种具有可见光活性的光催化剂，主要有单斜白钨矿、四方锆石矿、四方白钨矿三种晶型，其中单斜相BiVO4禁带宽度约为2.4eV，催化性能最好。单斜晶系的钒酸铋具有优异的可见光响应活性，其晶格参数为：a＝5.185，b＝5.137，c＝11.748，单斜晶系的BiVO4的导带主要由V3d，O2p和Bi6p三种轨道杂化而成，这种电子结构使光生载流子容易迁移至半导体的表面，使得光催化剂在可见光下更容易发生光催化反应；增加了价带的宽度，从而增大了光生空穴的移动空间，减少了光生电子-空穴的复合率，从而更有利于光催化过程的有效进行。其次高活性晶面的暴露对其性能也有很大的影响，单斜相BiVO4的(040)晶面提供了多原子BiVO4中心，可能是光催化产氧活性点的起源特别有助于催化剂表面高活性氧化活性物种·OH的产生，从而提高降解率。然而，(040)晶面BiVO4也存在光生电子-空穴对分离率低等问题，从而导致其光催化活性降低。因此许多学者通过对其进行改性以增强它的可见光响应能力，比如形成光催化异质结、掺杂贵重金属改性、加入稀土元素进行改性以及加入碳元素等方法。例如，嵇天浩等人以钛酸盐纳为前驱体，采用不同的混合方法法制备了改的TiO2/BiVO4纳米复合材料，紫外光谱测试结果表明复合物的吸收产生了明显的红移，以亚甲基蓝作为模拟降解底物的实验表明，在可见光下，复合材料的光催化活性远高于纯的的BiVO4和TiO2晶体。索静等人结合水热法和浸渍法，以非离子表面活性剂P123为模板剂，在200℃条件下制备了Cu改性的BiVO4-Cu复合材料，结果发现，复合物形态结构良好，吸收带发生明显红移且吸收强度增大了很多。陈颖等结合水热法-浸渍法-焙烧法在纯BiVO4催化剂的表面负载Co元素，实验结果显示，反应1h后，光催化脱氮率达到83.59％，而Co的最佳负载量为4％，反应温度为400℃，焙烧时间为1h。RGO是一种层状结构的二维碳材料，带隙几乎为零，导电性高，比表面积大，吸附能力强，可作为良好的催化剂助剂，并能够有效促进光生载流子的分离效率，极大增强光催化材料的活性和稳定性。g-C3N4由于禁带宽度约2.7eV、化学稳定性好、制备方法简便等优点受到广泛的关注。迄今为止，g-C3N4/RGO/(040)晶面BiVO4复合物的制备方法的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道g-C3N4/RGO/(040)晶面BiVO4复合物的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结及其制备方法和应用，采用超声法进行三相复合，工艺流程较其它化学合成法简单，成功的合成了g-C3N4/RGO/(040)晶面BiVO4异质结，提高了BiVO4的光催化性能。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将Bi(NO3)3·5H2O溶于稀HNO3中，搅拌至澄清，然后加入NH4VO3，搅拌50～80min，形成前驱液A；其中Bi(NO3)3·5H2O与NH4VO3的摩尔比为1:1；步骤2，将前驱液A在70～90℃下水热反应13～16h，制得(040)晶面BiVO4沉淀，将该沉淀洗涤、干燥，得到(040)晶面BiVO4粉体；步骤3，将氧化石墨烯溶于体积分数为40～60％的乙醇水溶液中，超声分散并搅拌均匀，然后加入稀硝酸，超声分散并搅拌均匀，再加入NaOH溶液，超声分散并搅拌均匀，得到GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为(0.35～0.7):1:1；步骤4，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体加入GO溶液中，搅拌30～60min形成前驱液B，将前驱液B在150～180℃下水热反应80～120min，得到RGO/(040)晶面BiVO4沉淀，将该沉淀洗涤、干燥，得到RGO/(040)晶面BiVO4粉体；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为(3～5):1；步骤5，将CO(NH2)2从室温升到530～580℃，煅烧2～4h，制得g-C3N4粉体；步骤6，在搅拌条件下，将制得的g-C3N4粉体溶于去离子水中，搅拌、超声至混合均匀，得到g-C3N4溶液；步骤7，在搅拌条件下，将制备好的RGO/(040)晶面BiVO4粉体加入g-C3N4溶液中，搅拌30～60min，得到前驱液C，其中加入的RGO/(040)晶面BiVO4粉体与g-C3N4溶液中g-C3N4的质量比为(2～8):(8～2)；步骤8，将前驱液C在室温下进行超声反应，将反应生成的沉淀洗涤、干燥后即得到氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结。所述步骤1中前驱液A中Bi3+的浓度为0.1～0.3mol/L，稀HNO3的浓度为1～3mol/L。所述步骤2、步骤4和步骤8中的干燥是在60～80℃恒温干燥8～10h。所述步骤3中GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.01～0.02g/mL，稀硝酸和NaOH溶液的浓度为2～4mol/L，稀硝酸和NaOH溶液的加入速度为1～3滴/秒。所述步骤3中每次超声分散并搅拌均匀，均是先在40～60℃下以80～100W的功率超声分散60～80min，再搅拌10～30min。所述步骤5中的升温速率为8～12℃/min；所述步骤6中g-C3N4溶液的浓度为0.01～0.03g/mL。所述步骤8中的超声反应时间为1～2h，超声功率为80～100W。所述的氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法制得的氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结，所述氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中BiVO4的结构为单斜相，氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中BiVO4、RGO与g-C3N4三相共存，形成了异质结结构，且BiVO4、RGO与g-C3N4的能级相互匹配。所述氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结光照后的电荷转移电阻R比纯(040)晶面BiVO4粉体的R值减小了3.71倍，氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结在可见光照下的降解率是纯(040)晶面BiVO4粉体的6.4倍。所述的氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结在光催化降解有机污染物方面的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，先通过水热法合成(040)晶面BiVO4粉体，并通过煅烧法获得g-C3N4粉体，再通过水热法将(040)晶面BiVO4粉体与氧化石墨烯(GO)复合，复合过程中GO还原成石墨烯(RGO)，得到RGO/(040)晶面BiVO4粉体，最后通过超声法进行g-C3N4粉体和RGO/(040)晶面BiVO4粉体的复合，合成了g-C3N4/RGO/(040)晶面BiVO4异质结。该方法超声反应时间短，工艺流程简单。超声法与其它方法相比具有制备工艺简单，价格低廉，可直接得到结晶良好的粉体，易于调控晶粒尺寸等优点。由于BiVO4和g-C3N4的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将Bi(NO

【技术特征摘要】
1.一种氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将Bi(NO3)3·5H2O溶于稀HNO3中，搅拌至澄清，然后加入NH4VO3，搅拌50～80min，形成前驱液A；其中Bi(NO3)3·5H2O与NH4VO3的摩尔比为1:1；步骤2，将前驱液A在70～90℃下水热反应13～16h，制得(040)晶面BiVO4沉淀，将该沉淀洗涤、干燥，得到(040)晶面BiVO4粉体；步骤3，将氧化石墨烯溶于体积分数为40～60％的乙醇水溶液中，超声分散并搅拌均匀，然后加入稀硝酸，超声分散并搅拌均匀，再加入NaOH溶液，超声分散并搅拌均匀，得到GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为(0.35～0.7):1:1；步骤4，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体加入GO溶液中，搅拌30～60min形成前驱液B，将前驱液B在150～180℃下水热反应80～120min，得到RGO/(040)晶面BiVO4沉淀，将该沉淀洗涤、干燥，得到RGO/(040)晶面BiVO4粉体；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为(3～5):1；步骤5，将CO(NH2)2从室温升到530～580℃，煅烧2～4h，制得g-C3N4粉体；步骤6，在搅拌条件下，将制得的g-C3N4粉体溶于去离子水中，搅拌、超声至混合均匀，得到g-C3N4溶液；步骤7，在搅拌条件下，将制备好的RGO/(040)晶面BiVO4粉体加入g-C3N4溶液中，搅拌30～60min，得到前驱液C，其中加入的RGO/(040)晶面BiVO4粉体与g-C3N4溶液中g-C3N4的质量比为(2～8):(8～2)；步骤8，将前驱液C在室温下进行超声反应，将反应生成的沉淀洗涤、干燥后即得到氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结。2.根据权利要求1所述的氮化碳/石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，其特征在于，所述步骤1中前驱液A中Bi3+的浓度为0.1～0.3mol/L，稀HNO3的浓度为1～3mol/...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈国强，王颖，赵程程，任慧君，夏傲，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61