一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法及应用技术

一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法及应用，它涉及一种钒酸铋基复合光催化剂的制备方法。本发明专利技术是要解决现有技术制备钒酸铋基异质结复合体系电荷分离性能差，光生载流子在体相中复合几率较高的问题。方法：一、制备钒酸铋前驱体悬浊液；二、向钒酸铋前驱体悬浊液中加入金属酞菁；三、水热反应；四、焙烧，得到超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳。本发明专利技术可获得一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。

Preparation and application of an ultra-thin two-dimensional metal phthalocyanine/bismuth vanadate composite photocatalyst

The invention relates to a preparation method and application of ultra-thin two-dimensional metal phthalocyanine/bismuth vanadate composite photocatalyst, which relates to a preparation method of bismuth vanadate composite photocatalyst. The invention aims to solve the problem that the charge separation performance of the bismuth vanadate-based heterojunction composite system prepared by the prior technology is poor and the recombination probability of the photogenerated carriers is high in the body phase. METHODS: 1. Preparation of bismuth vanadate precursor suspension; 2. Addition of metal phthalocyanine to bismuth vanadate precursor suspension; 3. Hydrothermal reaction; 4. Calcination to obtain ultra-thin two-dimensional metal phthalocyanine/bismuth vanadate composite photocatalyst. An ultra-thin two-dimensional metal phthalocyanine/bismuth vanadate composite photocatalyst was used for photocatalytic reduction of carbon dioxide. The invention can obtain an ultra-thin two-dimensional metal phthalocyanine/bismuth vanadate composite photocatalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法及应用
本专利技术涉及一种钒酸铋基复合光催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
现代社会的高速发展使得能源快速消耗的同时也带来了严重的环境污染和温室效应。通过半导体光催化技术将二氧化碳转化成太阳能燃料，是解决上述问题的理想途径。在过去的几十年里，人们一直试图寻找一种高效、廉价且稳定的光催化剂，用于光催化二氧化碳还原。在众多的光催化剂中，BiVO4以其来源广泛，化学性质稳定，无毒等优点，得到人们的青睐。但是BiVO4较正的导带能级位置(～0eVvsSHE)使得它在可见光照射下的电子-空穴对不能有效的分离；且吸光范围有限而通常表现出差的可见光催化二氧化碳还原活性。基于此，可通过调控合成超薄片层钒酸铋使得光生电子-空穴迅速扩散到表面发生反应，以提高其电荷分离性能。此外，还可通过复合另外一种具有较负导带能级的半导体构建Z型异质结复合体系，以此提高其二氧化碳还原活性。但是目前针对钒酸铋基复合光催化材料的设计，通常缺乏对界面的合理设计。例如零维-零维，零维-二维等界面，忽略了对维度匹配性的考虑，造成电荷传输受阻。也有少量二维-二维界面的设计合成，但是往往因为界面过厚导致光生电荷传输依旧不理想。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有技术制备钒酸铋基异质结复合体系电荷分离性能差，光生载流子在体相中复合几率较高的问题，而提供一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法及应用。一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：一、制备钒酸铋前驱体悬浊液：将铋源和表面活性剂加入到醇溶剂中，搅拌至铋源和表面活性剂完全溶解，再加入偏钒酸钠，再进行搅拌，得到钒酸铋前驱体悬浊液；步骤一中所述的表面活性剂与铋源的质量比为(1.05～5.25):(2.21～11.05)；步骤一中所述的偏钒酸钠与铋源的质量比为(2.80～14):(2.21～11.05)；二、向钒酸铋前驱体悬浊液中加入金属酞菁，再进行搅拌，得到反应液；步骤二中所述的金属酞菁与钒酸铋前驱体悬浊液中铋源的质量比为(0.005～0.015):1；三、①、水热反应：首先将步骤二中得到的反应液转移到高压反应釜中，然后将高压反应釜置于120℃～180℃下水热反应12h～16h，再将高压反应釜自然冷却至室温，最后离心，去除上层离心液，得到反应产物；②、清洗：以无水乙醇为清洗剂对反应产物离心清洗，再以去离子水为清洗剂对反应产物进行离心清洗；③、循环步骤三②3次～6次，再进行干燥，得到干燥后的反应产物；四、焙烧：将干燥后的反应产物置于马弗炉中，再在空气气氛下烧结，得到超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳。本专利技术的原理：首先CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)与Bi3+相互作用，自组装形成了BiCl4--CTA+层状杂化中间体，加入偏钒酸钠后，偏钒酸根与Bi3+反应生成钒酸铋前驱体。加入金属酞菁，由钒酸铋的表面羟基诱导酞菁与钒酸铋前驱体组装，通过水热过程形成超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。本专利技术的优点：一、本专利技术制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂与现有的钒酸铋基光催化材料相比，超薄的异质结构有利于光生电荷分离和传输；二、本专利技术制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳，每克超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂光催化还原二氧化碳可生成3微摩～4微摩一氧化碳和0.2微摩～0.3微摩甲烷；三、本专利技术制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂具有很好的稳定性；四、本专利技术制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的厚度为8nm～9nm。本专利技术可获得一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。附图说明图1为试验一制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的原子力显微镜图；图2为图1对应的厚度谱图；图3为试验一制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的X射线衍射图；图4为试验一制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的透射电子显微镜图；图5为试验一制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的光催化还原二氧化碳的稳定性图；图6为试验二制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的表面光电压谱图；图7为试验二制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的紫外-可见漫反射图；图8为试验三制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的表面光电压谱图；图9为超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂光催化还原二氧化碳的柱状图，图中1为试验三制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂，2为试验二制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂，3为试验一制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：一、制备钒酸铋前驱体悬浊液：将铋源和表面活性剂加入到醇溶剂中，搅拌至铋源和表面活性剂完全溶解，再加入偏钒酸钠，再进行搅拌，得到钒酸铋前驱体悬浊液；步骤一中所述的表面活性剂与铋源的质量比为(1.05～5.25):(2.21～11.05)；步骤一中所述的偏钒酸钠与铋源的质量比为(2.80～14):(2.21～11.05)；二、向钒酸铋前驱体悬浊液中加入金属酞菁，再进行搅拌，得到反应液；步骤二中所述的金属酞菁与钒酸铋前驱体悬浊液中铋源的质量比为(0.005～0.015):1；三、①、水热反应：首先将步骤二中得到的反应液转移到高压反应釜中，然后将高压反应釜置于120℃～180℃下水热反应12h～16h，再将高压反应釜自然冷却至室温，最后离心，去除上层离心液，得到反应产物；②、清洗：以无水乙醇为清洗剂对反应产物离心清洗，再以去离子水为清洗剂对反应产物进行离心清洗；③、循环步骤三②3次～6次，再进行干燥，得到干燥后的反应产物；四、焙烧：将干燥后的反应产物置于马弗炉中，再在空气气氛下烧结，得到超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。本实施方式的优点：一、本实施方式制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂与现有的钒酸铋基光催化材料相比，超薄的异质结构有利于光生电荷分离和传输；二、本实施方式制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳，每克超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂光催化还原二氧化碳可生成3微摩～4微摩一氧化碳和0.2微摩～0.3微摩甲烷；三、本实施方式制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂具有很好的稳定性；四、本实施方式制备的超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的厚度为8nm～9nm。本实施方式可获得一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的铋源的质量与醇溶剂的体积比为(2.21g～11.05g):(60mL～300mL)。其它步骤与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中将铋源和表面活性剂加入到醇溶剂中，搅拌至铋源和表面活性剂完全溶解，再加入偏钒酸钠，再在搅拌速度为100r/min～300r/min下搅拌反应20min～30min，得到钒酸铋前驱体悬浊液。其它步骤与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法是按以下步骤完成的：一、制备钒酸铋前驱体悬浊液：将铋源和表面活性剂加入到醇溶剂中，搅拌至铋源和表面活性剂完全溶解，再加入偏钒酸钠，再进行搅拌，得到钒酸铋前驱体悬浊液；步骤一中所述的表面活性剂与铋源的质量比为(1.05～5.25):(2.21～11.05)；步骤一中所述的偏钒酸钠与铋源的质量比为(2.80～14):(2.21～11.05)；二、向钒酸铋前驱体悬浊液中加入金属酞菁，再进行搅拌，得到反应液；步骤二中所述的金属酞菁与钒酸铋前驱体悬浊液中铋源的质量比为(0.005～0.015):1；三、①、水热反应：首先将步骤二中得到的反应液转移到高压反应釜中，然后将高压反应釜置于120℃～180℃下水热反应12h～16h，再将高压反应釜自然冷却至室温，最后离心，去除上层离心液，得到反应产物；②、清洗：以无水乙醇为清洗剂对反应产物离心清洗，再以去离子水为清洗剂对反应产物进行离心清洗；③、循环步骤三②3次～6次，再进行干燥，得到干燥后的反应产物；四、焙烧：将干燥后的反应产物置于马弗炉中，再在空气气氛下烧结，得到超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法是按以下步骤完成的：一、制备钒酸铋前驱体悬浊液：将铋源和表面活性剂加入到醇溶剂中，搅拌至铋源和表面活性剂完全溶解，再加入偏钒酸钠，再进行搅拌，得到钒酸铋前驱体悬浊液；步骤一中所述的表面活性剂与铋源的质量比为(1.05～5.25):(2.21～11.05)；步骤一中所述的偏钒酸钠与铋源的质量比为(2.80～14):(2.21～11.05)；二、向钒酸铋前驱体悬浊液中加入金属酞菁，再进行搅拌，得到反应液；步骤二中所述的金属酞菁与钒酸铋前驱体悬浊液中铋源的质量比为(0.005～0.015):1；三、①、水热反应：首先将步骤二中得到的反应液转移到高压反应釜中，然后将高压反应釜置于120℃～180℃下水热反应12h～16h，再将高压反应釜自然冷却至室温，最后离心，去除上层离心液，得到反应产物；②、清洗：以无水乙醇为清洗剂对反应产物离心清洗，再以去离子水为清洗剂对反应产物进行离心清洗；③、循环步骤三②3次～6次，再进行干燥，得到干燥后的反应产物；四、焙烧：将干燥后的反应产物置于马弗炉中，再在空气气氛下烧结，得到超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的铋源的质量与醇溶剂的体积比为(2.21g～11.05g):(60mL～300mL)。3.根据权利要求1所述的一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中将铋源和表面活性剂加入到醇溶剂中，搅拌至铋源和表面活性剂完全溶解，再加入偏钒酸钠，再在搅拌速度为100r/min～300r/min下搅拌反应20min～30min，得到钒酸铋前驱体悬浊液。4.根据权利要求1所述的一种超薄二维金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的铋源为氯化铋或硝酸铋；所述的表...

【专利技术属性】
技术研发人员：井立强，边辑，曲阳，冯建南，张紫晴，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23