[发明专利]哑铃状钒酸铋的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型光催化剂的制备方法，具体涉及一种可见光响应型半导体光催化剂哑铃状钒酸铋的制备方法。

背景技术

自从1972年Fujishima 和Honda（Fujishima A, Honda K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature,1972, 238∶ 37~38）在n型半导体TiO₂电极上发现了水的光电催化分解作用之后，在过去的近四十年中，半导体光催化过程由于可以光催化产氢和处理有机污染物引起了广泛的关注。其中，在去除各种环境介质中的难降解的污染物方面，半导体光催化剂表现出强氧化性、污染物矿化完全、可直接利用太阳光等优点。

TiO₂是被研究最透彻的半导体光催化剂，但由于TiO₂的禁带宽度约为3.2 eV，只能利用占太阳光中5%的紫外光，因此限制了其实际应用。由于可见光(λ>420nm) 约占太阳光的50%，为了充分利用太阳光，光催化研究的重点和热点已经从紫外光催化转变为可见光催化。新的高效光催化剂例如CdS、WO₃、CaBi₂O₄、 SrTiO₃、Na₂Ti₆O₁₃、BaTi₄O₉、ZrO₂、Ta₂O₅和BiVO₄等不断出现。其中BiVO₄是一种可见光响应型的新型光催化剂，其具有无毒、安全、环保、独特的晶体结构和光催化活性高等优点，是最具有发展前景的光催化剂之一。

目前文献报道的BiVO₄主要以四方晶系白钨矿型、四方晶系硅酸锆型和单斜晶系变形白钨矿型等3种晶型存在，其中单斜白钨矿相的BiVO₄（也称为单斜晶相的BiVO₄）的能带隙较窄，约为2.4eV，而具有较高的可见光催化活性。

单斜晶相的BiVO₄可以采用固相合成法、超声化学合成法、水热合成法（简称水热法）、化学共沉淀法、微乳液法或离子热合成法等合成技术制备，然而其中的固相合成法、超声化学合成法、化学共沉淀法、微乳液法及离子热合成法需要较高的反应温度，复杂的前处理或昂贵的原料，并且产品颗粒往往尺寸较大也不均匀。水热合成法作为一种制备无机材料的可控方法显示出极大的优势：一步处理的便捷性使得水热合成法既迅速又易于重复；材料的尺寸、形貌和结构可通过调节不同的水热条件控制。

张爱平等（张爱平，张进治. 水热法制备不同形貌和结构的BiVO₄粉末[J].物理学报，2009,58（4）：2336-2343.）利用水热合成法，通过选择不同的反应原料比、反应温度、反应时间、pH值和加入不同的表面活性剂，制备出不同形貌和结构的BiVO₄粉末。其中，当加入的表活剂为聚乙烯醇时，制得尺寸较小（约50～200nm）的颗粒；表活剂为十六烷基三甲基溴化铵时，导致较大颗粒（约3μm）和花状团聚（团聚体尺寸约12μm）的生成；表活剂为聚乙烯吡咯烷酮时，所得产物为尺寸约8μm面包状扁平的分散大颗粒。

陈渊等（陈渊，周朝科等.BiVO₄纳米片的水热合成及可见光催化性能[J].中国有色金属学报，2011，21（7）：1570-1579）以硝酸铋和偏钒酸铵为原料，以乙二胺四乙酸（EDTA）为络合剂，水热合成了单斜晶相的BiVO₄纳米片。