【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钒酸铋光催化剂的多元复合物，具体涉及一种双内建电场的三元异质结构光催化剂的制备方法，属于光催化剂材料合成领域。
技术介绍
1、光催化是一种低能耗、操作简便、反应条件温和的绿色技术，在处理药物和个人护理产品(ppcps)废水以及光催化水解制氢方面有着广泛的应用。
2、二氧化钛(tio2)光催化剂因其优异的光催化活性、无毒和光稳定性而被广泛应用于环境和能源领域。但是，tio2只在紫外线下敏感，并且仅利用了＜5％的太阳能，这极大地限制了其潜在的应用。因此，有必要探索新的策略来提高太阳能的利用率。而开发高效的可见光驱动催化剂是一种有效的方式，近年来已成为光催化领域的研究热点。目前，有150多种半导体材料可用于环境净化，包括金属氧化物、硫化物、碳化物、卤化物、硫化物、卤化合物和氢氧化物。其中，半导体金属氧化物，特别是铋基金属氧化物，如bivo4、bi2wo6、bi2moo6、bi4ti2o7、biox(x＝cl，br，i)、bi5o7i等，由于其良好的带隙，在可见光范围内可以响应，低毒性甚至无毒，物理化学性质稳定，已引起了众多研究学者的兴趣。其中，bivo4因其带隙合适、分散性好、无毒、耐腐蚀、稳定性好、环境友好等特点引起了研究学者的广泛关注，使其成为吸收太阳能的重要候选材料。
3、新型钒酸铋(bivo4)催化剂是一类具有潜质的可见光光催化剂，但bivo4在实际应用中光催化性能有待提高。构筑异质结被认为是一种有效的改性方式，由于能有效提高光转换效率，z型异质结构的构筑被广泛研究用于污染物降解和水分
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种双内建电场三元异质结光催化剂，该催化剂基于各组分之间的协同作用，通过钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍构型两个内建电场，双内建电场有效促进了界面电荷的有效分离和转移，延长了电荷分离的寿命，进而提高光催化活性。
2、本专利技术的第二个目的在于提供一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，本专利技术采用原位水热和静电自组装，通过严格控制各组分比例和反应参数，实现了钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍z型异质结结构，大幅提高催化剂的可见光吸收和抑制载流子复合的性能。
3、为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种双内建电场三元异质结光催化剂，其特征在于：由钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍组成；所述钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍的质量比为10～5：2～1：1；
4、所述光催化剂中钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍所形成的为z型异质结结构。
5、本专利技术三元催化剂催化性能的提高一方面在于特殊的双内建电场的存在，另一方面则是钒酸铋/三氧化二锰，钒酸铋/碳化镍之间独特的z型异质结结构，在二者协同作用下，扩大了催化剂的氧化还原电位，实现了快速载流子的分离，从而赋予催化剂优异的光催化性能。
6、作为一项优选的方案，所述钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍的质量比为9～8：1.5～1：1。
7、作为一项优选的方案，所述光催化剂为四角星状，粒径为0.5～2.5μm。钒酸铋的形貌为四角星状，三氧化二锰和碳化镍的负载并没有改变钒酸铋的初始形貌。
8、本专利技术还提供了一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，将铋源和矾源采用高压水热法结晶得到钒酸铋；将钒酸铋溶解于水，加入pvp乙醇溶液和锰盐溶液的混合液后水热反应所得粉体经煅烧后，得mn2o3/bivo4复合材料；将mn2o3/bivo4复合材料和ni3c分散于溶剂中，依次经静电自组装和干燥，即得。
9、作为一项优选的方案，所述铋源为硝酸铋、硫酸铋、磷酸铋和其水合物中的至少一种。进一步优选，所述铋源为五水合硝酸铋。
10、作为一项优选的方案，所述钒源为钒酸钠、钒酸钾、钒酸铵和其水合物中的至少一种。进一步优选，所述矾源为十二水合钒酸钠。
11、作为一项优选的方案，所述锰盐为高锰酸钾、锰酸钾和其水合物中的至少一种。进一步优选，所述锰盐为高锰酸钾。
12、原料的选择是保持催化剂形貌、结构和纯度的关键因素之一，在上述优选范围内，所得催化剂的形貌最优，催化性能也最佳，若选择上述范围以外的原料，则会导致催化剂的四角星形状弯曲不规则，严重时会导致产生无规晶体，导致催化活性下降甚至无催化活性。
13、作为一项优选的方案，所述水热反应的条件为：将pvp乙醇溶液和锰盐溶液的混合液与钒酸铋搅拌均匀后，在0.1～5mpa，100～200℃下反应1～4h。进一步优选，所述pvp为k90型pvp，分子量≥130万，搅拌时间为20～30min，压力为0.5～2mpa，温度为140～160℃。搅拌时间要严格按照上述要求执行，若搅拌时间过低，则无法起到分散作用，时间过长则会导致钒酸铋团聚沉淀。
14、作为一项优选的方案，所述烧结的条件为：温度为100～500℃，时间为1～5h。进一步优选，所述烧结温度为250～350℃，时间为3.5～4.5h。
15、作为一项优选的方案，所述mn2o3/bivo4复合材料中，bivo4和mn2o3的质量比20～5:1。进一步优选，所述bivo4和mn2o3的质量比12～8:1，最优选为9～10：1。bivo4为基底材料，其与mn2o3所形成的异质结结构的光催化性能随着mn2o3的添加先增加再降低，在bivo4和mn2o3的质量比为9～10：1时达到最高。
16、作为一项优选的方案，所述ni3c的制备过程为：将有机镍盐和溶剂胺在保护气氛中，于200～400℃加热1～10h，冷却后依次经超声洗涤和离心洗涤，即得。进一步优选，所述温度为250～350℃，时间为2～4h。温度、时间的过大或过小都会导致产物转化率的降低，产生ni2c或nic的副产物，无法满足后续静电自组合的要求。
17、作为一项优选的方案，所述有机镍盐为醋酸镍、草酸镍、甲酸镍和其水合物中的至少一种。进一步优选，所述有机镍盐为四水合醋酸镍。
18、作为一项优选的方案，所述溶剂胺为油胺、油酸、十八胺和其水合物中的至少一种。进一步优选，所述溶剂胺为油胺。
19、作为一项优选的方案，所述保护气氛为氩气和/或氮气气氛。
20、作为一项优选的方案，所述超声洗涤的洗涤剂为乙醇。
21、作为一项优选的方案，所述离心洗涤的洗涤剂为正己烷和乙醇按质量比10～1:1所得混合液。进一步优选，所述离心洗涤的洗涤剂为正己烷和乙醇按质量比5～1:1所得混合液
22、作为一项优选的方案，所述溶剂为正己烷；所述静电自组装在强力搅拌下进行，搅拌的转速为200～500r/min，时间为1～5h。进一步优选，所述搅拌的转速为300～400r/min，时间为2～3h。
23、作为一项优选的方案，所述干燥的条件为：温度为20～80℃，时间为1～8h。进一步优选，所述干燥的温度为40～60℃，时间为3～4h。
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1.一种双内建电场三元异质结光催化剂，其特征在于：由钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍组成；所述钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍的质量比为10～5：2～1：1；所述光催化剂中钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍所形成的为Z型异质结结构。
2.根据权利要求1所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂，其特征在于：所述光催化剂为四角星状，粒径为0.5～2.5μm。
3.权利要求1或2所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：将铋源和矾源采用高压水热法结晶得到钒酸铋；将钒酸铋溶解于水，加入PVP乙醇溶液和锰盐溶液的混合液后水热反应所得粉体经煅烧后，得Mn2O3/BiVO4复合材料；将Mn2O3/BiVO4复合材料和Ni3C分散于溶剂中，依次经静电自组装和干燥，即得。
4.根据权利要求3所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述铋源为硝酸铋、硫酸铋、磷酸铋和其水合物中的至少一种；所述钒源为钒酸钠、钒酸钾、钒酸铵和其水合物中的至少一种；所述锰盐为高锰酸钾、锰酸钾和其水合物中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种双内建电场三
6.根据权利要求3所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述Mn2O3/BiVO4复合材料中，BiVO4和Mn2O3的质量比20～5:1。
7.根据权利要求3所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述Ni3C的制备过程为：将有机镍盐和溶剂胺在保护气氛中，于200～400℃加热1～10h，冷却后依次经超声洗涤和离心洗涤，即得。
8.根据权利要求7所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述有机镍盐为醋酸镍、草酸镍、甲酸镍和其水合物中的至少一种；所述溶剂胺为油胺、油酸、十八胺和其水合物中的至少一种；所述保护气氛为氩气和/或氮气气氛。
9.根据权利7所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述超声洗涤的洗涤剂为乙醇；所述离心洗涤的洗涤剂为正己烷和乙醇按质量比10～1:1所得混合液。
10.根据权利要求3所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述溶剂为正己烷；所述静电自组装在强力搅拌下进行，搅拌的转速为200～500r/min，时间为1～5h；所述干燥的条件为：温度为20～80℃，时间为1～8h。
...【技术特征摘要】
1.一种双内建电场三元异质结光催化剂，其特征在于：由钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍组成；所述钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍的质量比为10～5：2～1：1；所述光催化剂中钒酸铋、三氧化二锰和碳化镍所形成的为z型异质结结构。
2.根据权利要求1所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂，其特征在于：所述光催化剂为四角星状，粒径为0.5～2.5μm。
3.权利要求1或2所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：将铋源和矾源采用高压水热法结晶得到钒酸铋；将钒酸铋溶解于水，加入pvp乙醇溶液和锰盐溶液的混合液后水热反应所得粉体经煅烧后，得mn2o3/bivo4复合材料；将mn2o3/bivo4复合材料和ni3c分散于溶剂中，依次经静电自组装和干燥，即得。
4.根据权利要求3所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述铋源为硝酸铋、硫酸铋、磷酸铋和其水合物中的至少一种；所述钒源为钒酸钠、钒酸钾、钒酸铵和其水合物中的至少一种；所述锰盐为高锰酸钾、锰酸钾和其水合物中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种双内建电场三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述水热反应的条件为：将pvp乙醇溶液和锰盐溶液的混合液与钒酸铋搅拌均匀后，在0.1～5mpa，100～200℃下反...
【专利技术属性】
技术研发人员：程颖慧，徐济康，张正勇，
申请(专利权)人：宁波力勤资源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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