一种MOF和HrGO共修饰的钒酸铋电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种MOF和HrGO共修饰的钒酸铋电极及其制备方法和在光电催化领域中的应用，所述制备方法包括步骤：(1)将硝酸铋溶解在硝酸中，然后加入偏钒酸铵和聚乙烯醇，超声获得种子溶液；将所述种子溶液涂抹在干净的导电玻璃上，干燥、煅烧后取出作为基底电极待用；(2)将硝酸铋和偏钒酸铵溶解在硝酸中，放入步骤(1)制备好的基底电极，进行水热反应，反应结束后煅烧得到BiVO

【技术实现步骤摘要】
一种MOF和HrGO共修饰的钒酸铋电极及其制备方法和应用
本专利技术涉及光电催化电极材料
，具体涉及一种MOF和HrGO共修饰的钒酸铋电极及其制备方法和应用。
技术介绍
在工业化进程的推进和经济的快速发展下，大量有机物的使用导致含有机物的废水经过水环境富集引起水污染，如何经济有效低能耗地进行水污染治理迫在眉睫。太阳能作为一种绿色能源，资源丰富且不产生二次污染，引起了广泛关注。以太阳光为驱动力的光催化，在光照射下能产生光生电子和空穴对，被广泛应用于有机污染物的降解。但是，受限于光生电子和空穴易复合、粉体回收困难、太阳能利用率低等不足，开发以可见光为驱动力的新型光催化剂/电极是目前研究热点之一。制备光催化电极膜，辅以恰当的外加偏压能促进光生电子和空穴的分离，有望解决上述问题。在光电催化领域中，寻求低成本、高效率、高稳定性的光电催化电极是关键。由于光催化电极半导体的能带位置对其光催化效率有重大影响，目前所知的n型半导体中，钒酸铋(BiVO4)因其合适的导带、价带位置，具有较高的光催化活性、持久性和化学稳定性，成为一种理想的光催化电极的制备材料，但单纯BiVO4比表面积低、光生电子-空穴对易复合，性能仍有待大幅提升。金属有机骨架(MOFs)是由金属-氧簇和有机结构单元组成的一类杂化多孔材料，是一种新兴的无机-有机杂化材料，具有广泛的应用前景，由于其多样化和易调控的结构引起了多方面的关注，近年已有多种MOFs被证实具有光催化活性。Yang等人采用两步水热法制备了粉末状BiVO4/MIL-125(Ti)复合材料，第一步水热制备MIL-125(Ti)，并将其作为载体，通过水热法在MIL-125(Ti)原位生长BiVO4。当Bi:Ti摩尔比为3:2时，所得复合材料对罗丹明B的光催化活性最佳。但是，该技术方案制备得到的是粉末材料，且是在MIL-125(Ti)上原位生长BiVO4，无法直接应用到电极制备中。因为电极制备必须是基底/BiVO4/MIL-125(Ti)的结构，无法实施MIL-125(Ti)上原位生长BiVO4的手段。在碳基材料中，碳纳米管、氧化石墨烯(GO)和氮化碳已被研究为物质吸附和分离的有效架构。近年来，GO由于其优异的导电性、特殊的量子特性及独特的机械性质等，备受关注，作为修饰剂被广泛应用于高效光催化剂的制备。对其进行还原处理可得到还原态GO(即rGO)。因此，对钒酸铋电极上进行进一步的MOF和rGO修饰仍需要进一步地探究。
技术实现思路
针对本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种MOF和HrGO共修饰的钒酸铋电极的制备方法，所得电极可作为光电催化电极，具有更好的可见光响应和更好的光电催化能力，在催化降解含有机物废水的领域有广泛前景。一种MOF和HrGO共修饰的钒酸铋电极的制备方法，包括步骤：(1)将硝酸铋溶解在硝酸中，然后加入偏钒酸铵和聚乙烯醇，超声获得种子溶液；将所述种子溶液涂抹在干净的导电玻璃上，干燥、煅烧后取出作为基底电极待用；(2)将硝酸铋和偏钒酸铵溶解在硝酸中，放入步骤(1)制备好的基底电极，进行水热反应，反应结束后煅烧得到BiVO4电极；(3)将2-氨基对苯二甲酸溶解在DMF(二甲基甲酰胺)中，钛酸丁酯溶解在甲醇中，然后将上述两种溶液混合搅拌均匀，再加入经氢等离子体处理得到的还原氧化石墨烯(HrGO)混合均匀，最后放入所述BiVO4电极，进行溶剂热反应得到BiVO4/NH2MIL125-HrGO复合薄膜电极。本专利技术在BiVO4电极的BiVO4半导体表面原位生长、均匀负载NH2MIL125和极少量的HrGO，形成异质结结构，提高光生电子分离的效率，从而提升光电转化效率，提升光电响应从而提高光电催化效率，将所得电极应用于光催化降解含有有机物的废水，能够产生优异的降解效果。步骤(1)用于在导电玻璃上形成钒酸铋薄膜，有利于步骤(2)水热反应沉积钒酸铋更为均匀，性能更优。步骤(1)中，硝酸铋和偏钒酸铵的摩尔比为1:1。作为优选，步骤(1)中，所述煅烧的温度为450℃，时间为2h。作为优选，步骤(2)中，所述水热反应的温度为180℃，时间为12h。作为优选，步骤(2)中，所述煅烧的温度为450℃，时间为2h。作为优选，步骤(3)中，所述2-氨基对苯二甲酸、钛酸丁酯、还原氧化石墨烯的比例为0.5～1mmol:1/6～1/3mmol:1～5mg。作为优选，步骤(3)中，所述2-氨基对苯二甲酸和钛酸丁酯的摩尔比为3:1，所述DMF和甲醇的体积比为1:1。按照上述优选2-氨基对苯二甲酸和钛酸丁酯的摩尔比制备得到的特殊形貌、结构的NH2MIL125可在本专利技术电极体系中更好地发挥协同作用。相比于一般的还原氧化石墨烯(rGO)，本专利技术采用经氢等离子体处理得到的还原氧化石墨烯(HrGO)可与BiVO4、NH2MIL125发挥协同作用，进一步促进所得材料光电催化性能的提升。本专利技术中经氢等离子体处理得到的还原氧化石墨烯(HrGO)的优选制备方法为：将GO放入等离子体处理装置，抽真空后通入氢气至气压为10～20Pa并开始放电，放电处理时间为10～60min，最优为40min。作为优选，步骤(3)中，所述溶剂热反应的温度为150℃，时间为12h。作为优选，步骤(2)的水热反应过程、步骤(3)的溶剂热反应过程中，均将所述导电玻璃的导电面朝下放置。本专利技术还提供了所述的制备方法制备得到的BiVO4/NH2MIL125-HrGO复合薄膜电极。本专利技术先将BiVO4生长到导电玻璃材料表面，然后将NH2MIL125和HrGO负载在半导体BiVO4表面，使其与BiVO4形成异质结结构，在光电催化应用中，可以有效抑制光生电子的复合。所得电极具有更低的电荷传递电阻、更高的光电转换效率和光生载流子的分离效率，具有良好的光电催化活性。光电化学测试表明，BiVO4/NH2MIL125-HrGO复合薄膜电极较BiVO4电极具有更高的光电流、更低的阻抗和更高的光催化活性。本专利技术还提供了所述的BiVO4/NH2MIL125-HrGO复合薄膜电极在光电催化领域中的应用，例如可作为光电催化工作电极用于含苯酚废水处理。与现有技术相比，本专利技术提供一种通过溶剂热法制备的BiVO4/NH2MIL125-HrGO复合薄膜电极，实现催化剂在半导体表面均匀负载形成异质结结构，提高光生电子分离的效率，从而提升光电转化效率，提升光电响应从而提高光电催化效率，将其应用于光催化降解含有有机物的废水，能够产生较好的降解效果。本专利技术主要优点包括：1、本专利技术的一种新型高效光电催化BiVO4/NH2MIL125-HrGO复合薄膜电极，通过NH2MIL125和HrGO在BiVO4电极上的一步溶剂热进行负载提高了BiVO4电极的光电催化性能，实现了光生载流子有效分离、高效利用。2、光电极可重复利用，具有良好的循环性能。3、无需对处理水体进行二次过滤，节省成本。附图说明图1为实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MOF和HrGO共修饰的钒酸铋电极的制备方法，其特征在于，包括步骤：/n(1)将硝酸铋溶解在硝酸中，然后加入偏钒酸铵和聚乙烯醇，超声获得种子溶液；将所述种子溶液涂抹在干净的导电玻璃上，干燥、煅烧后取出作为基底电极待用；/n(2)将硝酸铋和偏钒酸铵溶解在硝酸中，放入步骤(1)制备好的基底电极，进行水热反应，反应结束后煅烧得到BiVO

【技术特征摘要】
1.一种MOF和HrGO共修饰的钒酸铋电极的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将硝酸铋溶解在硝酸中，然后加入偏钒酸铵和聚乙烯醇，超声获得种子溶液；将所述种子溶液涂抹在干净的导电玻璃上，干燥、煅烧后取出作为基底电极待用；
(2)将硝酸铋和偏钒酸铵溶解在硝酸中，放入步骤(1)制备好的基底电极，进行水热反应，反应结束后煅烧得到BiVO4电极；
(3)将2-氨基对苯二甲酸溶解在DMF中，钛酸丁酯溶解在甲醇中，然后将上述两种溶液混合搅拌均匀，再加入经氢等离子体处理得到的还原氧化石墨烯混合均匀，最后放入所述BiVO4电极，进行溶剂热反应得到BiVO4/NH2MIL125-HrGO复合薄膜电极。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述2-氨基对苯二甲酸、钛酸丁酯、还原氧化石墨烯的比例为0.5～1mmol:1/6～1/3mmol:1～5mg。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王齐，刘颖琪，翁文斌，简育玲，朱建旭，张晨诚，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33