一种钒酸铋量子点/RGO/石墨相氮化碳三元复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钒酸铋量子点/RGO/石墨相氮化碳三元复合光催化剂及其制备方法，该三元复合光催化剂是由BiVO

【技术实现步骤摘要】
一种钒酸铋量子点/RGO/石墨相氮化碳三元复合光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种钒酸铋量子点/RGO/石墨相氮化碳三元复合光催化剂，属于材料

技术介绍
甲醛(HCHO)等挥发性有机物(VOCs)是严重危害人类健康的一类常见污染物。在日益增长的物质需求下，过去几十年间工业制造迅猛发展，有毒物质和工业废料的排放造成了严重的空气污染。与此同时，人民对住房的需求不断增加，如何解决室内VOCs污染问题也成为大众聚焦点。为消除空气污染物，人们在植物吸收、多孔活性炭吸附等物理吸附、生物降解、电催化降解方法上付出了巨大努力。然而物理吸附法只是污染物的转移并未使其降解，生物降解法存在温度限制、效率较低等问题，电催化降解法价格昂贵且可能产生其他污染物。因此人们将视线转移到了降解效率高、普适性广的光催化氧化法。现有单一光催化材料往往光生载流子易复合，不同时具有合适的导带和价带位置，导致需要的氧化反应和还原反应不能同时发生。复合材料可以解决这一问题。石墨相氮化碳(g-C3N4)具有独特的电子结构且化学稳定性好，但是电子空穴易于复合，限制了光催化效率。钒酸铋(BiVO4)禁带宽度小可见光响应范围大，为优良的光催化剂。还原氧化石墨烯(RGO)比表面积大、活性位点多、导电性好，是提高光电催化材料的理想载体。探索BiVO4、RGO与g-C3N4的复合结构具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种BiVO4量子点/RGO/g-C3N4三元复合光催化剂及其制备方法，该光催化材料能够解决光生电子-空穴易复合、可见光响应少的问题，材料同时具有强氧化性和强化原性且可见光响应范围大，提高材料的光催化性能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钒酸铋量子点/RGO/石墨相氮化碳三元复合光催化剂，其特点在于：所述三元复合光催化剂是由BiVO4量子点、还原氧化石墨烯RGO及石墨相氮化碳g-C3N4复合而成。作为优选，所述RGO质量占BiVO4量子点质量的10-30％；所述g-C3N4质量占BiVO4量子点和RGO总质量的10％-50％。本专利技术所述钒酸铋量子点/RGO/石墨相氮化碳三元复合光催化剂的制备方法为：以Bi(NO3)3·5H2O为铋源、NH4VO3为钒源、油酸钠为表面活性剂、氧化石墨烯GO为基体，采用水热法合成BiVO4量子点修饰二维片状RGO的BiVO4量子点/RGO复合材料；以三聚氰胺为前驱体热处理制备块状g-C3N4，再经剥离得到层状纳米g-C3N4；以乙醇为溶剂，通过浸渍搅拌使BiVO4量子点/RGO复合材料和层状纳米g-C3N4自组装复合，即获得目标产物BiVO4量子点/RGO/g-C3N4三元复合光催化剂。具体包括如下步骤：步骤1、BiVO4量子点/RGO复合材料的制备将GO超声分散在水中，获得GO分散液；将油酸钠和NH4VO3分别加水搅拌至溶解，获得油酸钠溶液和NH4VO3溶液；将Bi(NO3)3·5H2O与油酸钠溶液、NH4VO3溶液、GO分散液混合并搅拌均匀，获得混合液；将所述混合液转移到反应釜中进行水热反应，反应结束后冷却至室温，离心收集所得沉淀物，然后用正己烷和乙醇洗涤，再经干燥，即获得BiVO4量子点/RGO复合材料；步骤2、层状纳米g-C3N4的制备称取三聚氰胺，在马弗炉中加热，发生热聚合反应，生成块状g-C3N4，研磨成粉末后放在马弗炉进行热腐蚀剥离；所得样品中加入乙醇进行超声分散，得到层状g-C3N4分散液，离心、干燥，即获得层状纳米g-C3N4；步骤3、BiVO4量子点/RGO/g-C3N4三元复合光催化剂的制备将步骤2制备的层状纳米g-C3N4分散在乙醇中，然后加入步骤1制备的BiVO4量子点/RGO复合材料，搅拌分散；然后离心干燥研磨、退火，即获得目标产物BiVO4量子点/RGO/g-C3N4三元复合光催化剂。作为优选，步骤1中，原料Bi(NO3)3·5H2O、NH4VO3和油酸钠的摩尔比为1:1:2。作为优选，步骤1中，所述水热反应的温度为100℃、时间为10h。作为优选，步骤2中，所述热聚合反应是在400-600℃保温反应10-12h，所述热腐蚀剥离是在540-550℃保温反应2-3h，所述离心的速度为8000-10000r/min、离心时间为5-6min，所述超声分散的条件为：超声机工作频率60kHz、功率100W、不加热超声1-2h。作为优选，步骤3中，层状纳米g-C3N4与乙醇的用量比为1～10mg：40mL。作为优选，步骤3中，所述搅拌分散的搅拌速率为600-900r/min、搅拌时间为8-10h。作为优选，步骤3中，所述退火的温度为400℃、时间为2h。本专利技术合成的是g-C3N4基光催化剂，将g-C3N4与预制备的BiVO4量子点/RGO材料复合形成三元异质结结构。在本专利技术的BiVO4量子点/RGO/g-C3N4光催化剂体系中，RGO纳米片是一种理想的电子导体，可作为导体连接BiVO4和g-C3N4，同时利用BiVO4和g-C3N4的合适价带和导带位置，发生合适的氧化反应和还原反应，用于处于有机物、细菌病毒等物质。本专利技术BiVO4量子点/RGO/g-C3N4三元复合光催化剂的光催化氧化机理如下：在可见光照射下，g-C3N4和BiVO4均能被光激发产生电子空穴对。BiVO4的CB中的光生电子通过导体RGO迅速转移到g-C3N4的VB中与空穴结合，导致g-C3N4的CB中积累电子、BiVO4的VB中积累空穴。g-C3N4的CB大约为-1.01eV，比O2/·O2-的电位更负；BiVO4的VB大约为2.6eV，比OH-/·OH电位更正。可以通过反应得到·O2-和·OH，这些基团均具有强氧化性，可将空气中的有害有机物以及细菌病毒等物质氧化为CO2和H2O，不产生其他的有害污染物。这种方法高效、无污染、操作简便，具有十分广泛的应用前景。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：本专利技术制备的BiVO4量子点/RGO/g-C3N4三元复合光催化剂，相较于传统的单一光催化剂，光催化性能有所提高。首先，该体系中RGO的存在极大地促进了光生载流子的迁移和分离，电子具有更强的还原能力、空穴具有更强的氧化能力，增强了体系的光催化活性，从而提升光催化性能。其次，RGO具有一种π-π共轭结构，而g-C3N4同样具有相似的结构，因此，当RGO纳米片与g-C3N4结合时，通过静电吸附π-π堆积，纳米片可以形成更加紧密的异质结构。除此之外，所制备的BiVO4量子点直径尺寸在5nm左右，具有小尺寸效应，光催化活性位点更多；所制备的g-C3N4经过热剥离、超声剥离处理为单层结构且具有原子级别缺陷，可增强g-C3N4与RGO间π-π键共轭能力、增大表面积、提高吸光性能。各组分的优异性能相互促进发挥作用，提升了系统的光催化性能。附图说明图1为本专利技术BiVO4量子点/RGO/g-C3N4三元复合光催化剂的制备流程图；图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒酸铋量子点/RGO/石墨相氮化碳三元复合光催化剂，其特征在于：所述三元复合光催化剂是由BiVO

【技术特征摘要】
1.一种钒酸铋量子点/RGO/石墨相氮化碳三元复合光催化剂，其特征在于：所述三元复合光催化剂是由BiVO4量子点、还原氧化石墨烯RGO及石墨相氮化碳g-C3N4复合而成。


2.根据权利要求1所述的三元复合光催化剂，其特征在于：所述RGO质量占BiVO4量子点质量的10-30％，所述g-C3N4质量占BiVO4量子点和RGO总质量的10％-50％。


3.一种权利要求1所述钒酸铋量子点/RGO/石墨相氮化碳三元复合光催化剂的制备方法，其特征在于：
以Bi(NO3)3·5H2O为铋源、NH4VO3为钒源、油酸钠为表面活性剂、氧化石墨烯GO为基体，采用水热法合成BiVO4量子点修饰二维片状RGO的BiVO4量子点/RGO复合材料；
以三聚氰胺为前驱体热处理制备块状g-C3N4，再经剥离得到层状纳米g-C3N4；
以乙醇为溶剂，通过浸渍搅拌使BiVO4量子点/RGO复合材料和层状纳米g-C3N4自组装复合，即获得目标产物BiVO4量子点/RGO/g-C3N4三元复合光催化剂。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、BiVO4量子点/RGO复合材料的制备
将GO超声分散在水中，获得GO分散液；将油酸钠和NH4VO3分别加水搅拌至溶解，获得油酸钠溶液和NH4VO3溶液；将Bi(NO3)3·5H2O与油酸钠溶液、NH4VO3溶液、GO分散液混合并搅拌均匀，获得混合液；
将所述混合液转移到反应釜中进行水热反应，反应结束后冷却至室温，离心收集所得沉淀物，然后用正己烷和乙醇洗涤，再经干燥，即获得BiVO4量子点/RGO复合材料；
步骤2、层状纳米g-C3N4的制备
称取三聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍智勇，周宇，杜云龙，李子星，吕珺，邢孟孟，韩骐震，姚飞越，汪嘉恒，孙振杰，张茂峰，吴玉程，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34