一种BiVO4界面光催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于光催化材料领域，更具体地，涉及一种BiVO4界面光催化剂、制备方法及其应用。所述光催化剂包括BiVO4基底，形成于BiVO4基底表面的配体单分子层，负载于该配体单分子层上的贵金属；其中，所述配体单分子层通过包含有给电子基团的配体与BiVO4基底表面发生缩合反应得到，所述贵金属通过与所述给电子基团配位负载于该配体单分子层上，所述BiVO4界面光催化剂为疏水性光催化剂。本发明专利技术通过对光催化剂局域配位环境和整体表/界面极性的调控，实现光催化剂反应活性位点上的电子的富集和材料表界面特性的改变。由此解决现有技术中BiVO4本身存在光量子效率低、光催化反应驱动力不足、光催化H2O2合成效率低等的技术问题。合成效率低等的技术问题。合成效率低等的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种BiVO4界面光催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于光催化材料领域，更具体地，涉及一种BiVO4界面光催化剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]1972年，Fujishima和Honda以n型半导体TiO2作为电极光电催化分解水产生H2和O2，这一研究拉开了半导体光催化研究的序幕。但是本征TiO2只具备紫外光响应，在整个太阳光谱中，紫外光区能量只有5％以下，而可见光区能量可达43％以上，因此具有可见光响应的光催化剂是目前研究的热点。
[0003]过氧化氢作为一种通用的绿色氧化剂，在许多重要工业生产(如纸浆漂白，洗涤剂，废水处理等)中有着广泛的应用。目前工业上生产H2O2的方法主要是蒽醌法，但该方法存在着工艺复杂、成本较高且污染严重等问题。光催化技术通过光生电子、氧气和质子间的相互反应来生产过氧化氢，过程绿色安全环保，是一种十分理想的方法。
[0004]BiVO4作为典型可见光响应的光催化剂，其组成元素来源广泛、化学/热稳定性能优异、无毒无害、环境友好，尤其是其独特的导价带位置，可以实现对光催化合成H2O2的特异性，因此BiVO4受到了广泛的关注。但是BiVO4本身也存在光量子效率低、催化反应驱动力不足、光催化H2O2合成效率低等问题，因此对其进行合适的改性非常必要。目前的方法主要包括离子掺杂、贵金属表面沉积、形貌调控、晶面工程、缺陷工程、界面工程等，通过这些改性手段的不断优化，BiVO4基复合材料在光催化合成H2O2方面表现出巨大的应用价值和前景，具有重要的实际意义。/>
技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种BiVO4界面光催化剂、制备方法及其应用，其目的在于通过形成于BiVO4基底表面的包含有给电子基团的配体单分子层，和负载于该配体单分子层上的贵金属，对复合材料局域配位环境和整体表/界面极性的调控，实现光催化剂反应活性位点上的电子的富集和材料表界面特性的改变。由此解决现有技术中BiVO4本身存在光量子效率低、催化反应驱动力不足、光催化H2O2合成效率低等的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种BiVO4界面光催化剂，包括BiVO4基底，形成于BiVO4基底表面的配体单分子层，负载于该配体单分子层上的贵金属；其中，所述配体单分子层通过包含有给电子基团的配体与BiVO4基底表面发生缩合反应得到，所述贵金属通过与所述给电子基团配位负载于该配体单分子层上；所述BiVO4界面光催化剂为疏水性光催化剂。
[0007]优选地，所述给电子基团包括氨基、羟基、烷氧基、酰胺基、酰氧基或烷基。
[0008]优选地，所述配体为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、氮-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷或3-巯丙基三甲氧基硅烷。
[0009]优选地，所述贵金属为铂、钯、铑、银或钌。
[0010]按照本专利技术的另一方面，提供了一种上文所述的BiVO4界面光催化剂的制备方法，所述方法包括下列步骤：
[0011](1)将BiVO4分散于有机溶剂和水构成的混合溶液中，向所述混合溶液中加入包含有给电子基团的配体，配体与BiVO4表面发生缩合反应，离心烘干后，得到表面具有配体单分子层的BiVO4；
[0012](2)将含贵金属的前驱体在表面具有配体单分子层的BiVO4上进行还原，使贵金属负载到配体单分子层上，得到所述BiVO4界面光催化剂。
[0013]优选地，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、正己烷、乙二醇、丙三醇或甘油，所述的混合溶液中有机溶剂和水的体积比为(1-5)：1。
[0014]优选地，所述有机溶剂为乙醇，该乙醇与水的体积比为4：1。
[0015]其中，混合溶液中有机溶液和水的不同比例会影响配体的自组装行为，进而影响BiVO4表面形成的配体单分子层的理化性质。本专利技术中严格控制有机溶液和水的体积比，具体表现为，该有机溶液和水的体积比不在(1-5)：1范围内时，配体在BiVO4表面形成的单分子层形貌和键合方式会发生改变，进而影响材料的表界面性质，最终对光催化剂的催化性能造成不利影响。
[0016]优选地，所述向所述混合溶液中加入包含有给电子基团的配体，使得混合溶液中配体浓度为0.1％-10％，所述配体为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、氮-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷或3-巯丙基三甲氧基硅烷；所述缩合反应在0℃-40℃的条件下搅拌10-50小时。
[0017]其中，本专利技术中还控制了混合溶液中配体浓度，与上文中有机溶液和水的体积比的控制形成协同作用，以得到性能优良的BiVO4界面光催化剂。
[0018]优选地，所述的配体为3-氨丙基三甲氧基硅烷。
[0019]优选地，所述将含贵金属的前驱体在表面具有配体单分子层的BiVO4上进行还原，包括采用共沉淀法、光化学还原法、电化学还原法、还原剂还原法或微波还原法还原含贵金属的前驱体；优选地，通过光化学还原法还原含Pd前驱体，该含Pd前驱体为硝酸钯、氯化钯、乙酸钯、氯钯酸、四氯钯酸钠或氯钯酸钾；该光化学还原法中的光辐照强度为1.0mW cm-2
～4W cm-2
；光还原时间为30min～480min；还原温度为0℃～30℃。
[0020]优选地，所述的含Pd前驱体为氯钯酸，其浓度为0.1mmol/L-1mol/L。
[0021]优选地，在步骤(1)之前，所述方法还包括：采用高温固相合成法、化学共沉淀法、微乳液法、超声波辅助法或水热/溶剂热法制备得到BiVO4前驱体，然后将该BiVO4前驱体在350℃-550℃条件下煅烧3-5小时，得到BiVO4。
[0022]优选地，上述BiVO4前驱体的制备方法为水热法，将铋源与钒源溶于一定浓度的强酸，调节溶液pH为1-7，老化后转移至反应釜中，150℃-220℃水热反应12-24小时，水洗后烘干得到BiVO4前驱体。
[0023]优选地，所述铋源为硝酸铋，浓度为0.1-5mol/L；所述钒源为偏钒酸铵，浓度为0.1-5mol/L；所述强酸为硝酸，浓度为0.1-4mol/L。
[0024]按照本专利技术的另一方面，提供了一种上文所述的BiVO4界面光催化剂在光催化或光电催化方面的应用。
[0025]优选地，将所述BiVO4界面光催化剂应用于光催化产H2O2，将所述BiVO4界面光催化剂分散至纯水中，调节pH为1-7，反应温度为0℃-30℃，实现光催化产H2O2。
[0026]优选地，将所述BiVO4界面光催化剂应用于光催化产H2O2，将所述BiVO4界面光催化剂分散至纯水中，调节pH为3，反应温度为0℃，实现光催化产H2O2。
[0027]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
[0028](1)本专利技术提供的BiVO4界面光催化剂，通过在BiVO4基底表面上自组装一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种BiVO4界面光催化剂，其特征在于，包括BiVO4基底，形成于BiVO4基底表面的配体单分子层，负载于该配体单分子层上的贵金属；其中，所述配体单分子层通过包含有给电子基团的配体与BiVO4基底表面发生缩合反应得到，所述贵金属通过与所述给电子基团配位负载于该配体单分子层上；所述BiVO4界面光催化剂为疏水性光催化剂。2.如权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，所述给电子基团包括氨基、羟基、烷氧基、酰胺基、酰氧基或烷基。3.如权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，所述配体为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、氮-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷或3-巯丙基三甲氧基硅烷。4.一种权利要求1-3任一项所述的BiVO4界面光催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：(1)将BiVO4分散于有机溶剂和水构成的混合溶液中，向所述混合溶液中加入包含有给电子基团的配体，配体与BiVO4表面发生缩合反应，离心烘干后，得到表面具有配体单分子层的BiVO4；(2)将含贵金属的前驱体在表面具有配体单分子层的BiVO4上进行还原，使贵金属负载到配体单分子层上，得到所述BiVO4界面光催化剂。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、正己烷、乙二醇、丙三醇或甘油，所述的混合溶液中有机溶剂和水的体积比为(1-5)：1。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述向所述混合溶液中加入包含有给电子基团...

【专利技术属性】
技术研发人员：张延荣，孙明辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：