一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料及其制备方法和应用，涉及纳米半导体复合材料技术领域。本发明专利技术提供的铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料包括具有十面体结构的BiVO

【技术实现步骤摘要】
一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米半导体复合材料
，具体涉及一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
半导体光催化降解技术是一种新兴污染处理技术，具有环保、可持续、二次污染低等优点，具有合适能带结构的半导体材料在光照下发生价带电子激发跃迁至导带这一特点，在光照条件下产生光生电子与空穴对，进而与体系液相中的有机污染物发生直接或间接的降解反应以达到污染处理的目的。现有的半导体材料主要有TiO2、BiOCl、BiVO4、ZnO、ZnS、CuS、CdS、C3N4等等，然而上述材料在光催化降解过程中存在的以下问题：对可见光的响应较弱、本身的吸附效应弱、光生电子与空穴的复合率高且循环性能差。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的提供的铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料对可见光响应强、吸附性能强、光生电子与空穴的复合率低且循环性能好。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料，包括具有十面体结构的BiVO4和负载在所述BiVO4表面的ZnFe2O4纳米颗粒。优选的，所述ZnFe2O4纳米颗粒的负载量为5～15wt％。优选的，所述ZnFe2O4纳米颗粒的粒度为40～150nm。优选的，所述BiVO4的粒度为1.5～2μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：将BiVO4、ZnC2O4、水溶性铁盐和水混合，得到混合分散液；将所述混合分散液和无机强碱混合，进行共沉淀，得到前驱体；将所述前驱体进行煅烧，得到所述铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料。优选的，所述BiVO4、ZnC2O4、水溶性铁盐的质量比为1：(0.04～0.1)：(0.08～0.2)。优选的，所述混合分散液和无机强碱混合后体系的pH值为8.5～10。优选的，所述共沉淀的温度为10～40℃，时间为30～40min。优选的，所述煅烧的温度为450～550℃，时间为1.5～3h。本专利技术还提供了上述技术方案所述的铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料或上述技术方案所述制备方法制备的铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料在光催化降解有机污染物中的应用。本专利技术提供了一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料，包括具有十面体结构的BiVO4和负载在所述BiVO4表面的ZnFe2O4纳米颗粒。在本专利技术中，BiVO4与ZnFe2O4复合形成异质结构，促进了光生电子与空穴的分离，降低了光生电子与空穴复合的几率，提高了复合材料的光催化性能；ZnFe2O4的带隙能小于BiVO4，将ZnFe2O4负载于BiVO4表面可拓宽光响应范围、循环性能好；当复合材料受到大于或等于BiVO4带隙能的光照射时，位于半导体价带的电子会激发跃迁至导带，产生光生电子并相应地在价带留下光生空穴，光生电子与空穴具有还原性和氧化性，可直接或间接地降解有机污染物，而且铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料的比表面积大，提高了其对有机污染物的吸附性能。本专利技术提供的复合材料相较于纯相BiVO4具有更强的可见光响应，更低的光生载流子复合率，更好的可见光催化降解性能和良好的循环性能，具有良好的应用前景。如本专利技术实施例结果所示，本专利技术提供的铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料的可见光响应范围为420～528nm，对罗丹明B的降解率高达98％，循环使用4次后对罗丹明B的降解率高仍然为92.8％，光催化降解性能仅降低了5.3％。本专利技术提供了一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：将BiVO4、ZnC2O4、水溶性铁盐和水混合，得到混合分散液；将所述混合分散液和无机强碱混合，进行共沉淀，得到前驱体；将所述前驱体进行煅烧，得到铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料。本专利技术提供的制备方法，操作简单，以水为溶剂，绿色环保，适宜工业化生产。附图说明图1为对比例1制备的BiVO4的SEM图；图2为对比例2制备的ZnFe2O4的SEM图；图3为实施例2制备的7.5wt％ZnFe2O4/BiVO4的SEM图；图4为对比例1制备的BiVO4、对比例2制备的ZnFe2O4和实施例2制备的7.5wt％ZnFe2O4/BiVO4的UV-VisDRS光谱图；图5为对比例1制备的BiVO4、对比例2制备的ZnFe2O4和实施例2制备的7.5wt％ZnFe2O4/BiVO4的带隙能谱图；图6为对比例1制备的BiVO4、实施例1～4制备的ZnFe2O4/BiVO4和对比例2制备的ZnFe2O4对罗丹明B的降解效果图，其中5wt％ZnFe2O4/BiVO4为代表实施例1，7.5wt％ZnFe2O4/BiVO4为代表实施例2，10wt％ZnFe2O4/BiVO4为代表实施例3，12.5wt％ZnFe2O4/BiVO4为代表实施例1；图7为实施例2制备的7.5wt％ZnFe2O4/BiVO4对罗丹明B的循环降解效果图。具体实施方式本专利技术提供了一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料(简写为ZnFe2O4/BiVO4)，包括具有十面体结构的BiVO4和负载在所述BiVO4表面的ZnFe2O4纳米颗粒。在本专利技术中，所述ZnFe2O4纳米颗粒的粒度优选为40～150nm，更优选为50～100nm；所述ZnFe2O4纳米颗粒的负载量优选为5～15wt％，更优选为7.5～12.5wt％。在本专利技术中，所述BiVO4的粒度优选为1.5～2μm，更优选为1.6～1.8μm。在本专利技术中，所述BiVO4具有十面体结构，比表面积大，能够提高与ZnFe2O4纳米颗粒的结合强度。在本专利技术中，所述ZnFe2O4纳米颗粒通过吸附作用负载在BiVO4表面。本专利技术还提供了上述技术方案所述铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：将BiVO4、ZnC2O4、水溶性铁盐和水混合，得到混合分散液；将所述混合分散液和无机强碱混合，进行共沉淀，得到前驱体；将所述前驱体进行煅烧，得到所述铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料。在本专利技术中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。在本专利技术中，所述BiVO4优选参照文献(LiJQ,ZhouJ,HaoHJ,etal.Silver-modifiedspecific(040)facetofBiVO4withenhancedphotoelectrochemicalperformance[J].MaterialsLetters170(2016)163-166.)制备得到，具体的，包括以下步骤：将5mmol的五水合硝酸铋溶于20mL浓度为2mol/L的硝酸溶液中搅拌30min，记作溶液A；取5mmol的偏钒酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料，包括具有十面体结构的BiVO

【技术特征摘要】
1.一种铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料，包括具有十面体结构的BiVO4和负载在所述BiVO4表面的ZnFe2O4纳米颗粒。


2.根据权利要求1所述的铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料，其特征在于，所述ZnFe2O4纳米颗粒的负载量为5～15wt％。


3.根据权利要求1或2所述的铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料，其特征在于，所述ZnFe2O4纳米颗粒的粒度为40～150nm。


4.根据权利要求1所述的铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料，其特征在于，所述BiVO4的粒度为1.5～2μm。


5.权利要求1～4任一项所述铁酸锌/钒酸铋纳米异质结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将BiVO4、ZnC2O4、水溶性铁盐和水混合，得到混合分散液；
将所述混合分散液和无机强碱混合，进行共沉淀，得到前驱体；

【专利技术属性】
技术研发人员：廖世军，刘文仲，邹长伟，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44