[发明专利]一种Dy/BiVO4光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂材料领域，涉及一种Dy/BiVO₄光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，半导体光催化氧化法在废水治理中的应用受到了学者们的重视，它是利用半导体光催化剂在光照的条件下产生的强氧化性的自由基将有机污染物彻底降解，并最终生成H₂O和CO₂等无机小分子。这种方法的反应设备简单、二次污染小、操作易于控制、运行成本低、可有效利用太阳光作为反应光源。

然而，BiVO₄是一种环境友好的半导体光催化材料，它有三种晶体结构：单斜白钨矿型、四方白钨矿型和四方锆石型，其中，用于研究光催化性能的BiVO₄主要是四方锆石型和单斜白钨矿型的BiVO₄。单斜相BiVO₄禁带宽度较小（2.40eV），能吸收更多的可见光，并且其晶格中Bi-O键发生了畸变，这种畸变提高了光生电子和空穴的分离效率，进而在一定程度上提高了光催化性能，所以在BiVO₄的三种晶型里，单斜相BiVO₄的可见光催化活性最高，这使其成为人们研究的焦点之一，而四方相BiVO₄在可见光下几乎没有光催化效果，很少被研究。但是，由于光生电子和空穴的分离效率较低，纯相的单斜白钨矿型结构BiVO₄的光催化效果并不理想。掺杂可改善BiVO₄的光催化反应效率和选择性，目前对BiVO₄进行掺杂改性的方法多为浸渍法，即在传统的固相反应法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法及水热法等制备出纯相BiVO₄后，再选择适当的金属源采用浸渍的方法对其进行掺杂，该方法流程多，工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Dy/BiVO₄光催化剂及其制备方法和应用，该方法结合了微波加热的优点与水热反应的特点，且合成的Dy/BiVO₄光催化剂具有较高的光催化活性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种Dy/BiVO₄光催化剂，其主要成分为BiVO₄，为四方锆石型结构，且BiVO₄的晶格中含有Dy³⁺，其中Dy元素与Bi元素的摩尔比为(2.04～13.64):100。

其形貌为短柱状，尺寸为纳米级。

一种Dy/BiVO₄光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于水中，搅拌均匀，得到铋盐溶液；将NH₄VO₃溶于100℃的水中，加热搅拌均匀，得到钒盐溶液；

步骤2：按Bi与V的摩尔比为1:1将钒盐溶液加到铋盐溶液中，搅拌均匀，得到混合液;

步骤3：调节混合液的pH值为8，搅拌均匀；

步骤4：将Dy(NO₃)₃·6H₂O加入到调节了pH值后的混合液中，搅拌均匀，得前驱液，其中Dy与Bi的摩尔比为(2.04～13.64):100；

步骤5：将前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜密封后置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.1MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至100℃，在100℃保温8min；然后从100℃升温至150℃，在150℃保温8min；再从150℃升温至180℃，在180℃保温40min后结束反应；

步骤6：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，洗涤，干燥，得到Dy/BiVO₄光催化剂。

所述的铋盐溶液中Bi(NO₃)₃·5H₂O的浓度为0.4mol/L；钒盐溶液中NH₄VO₃的浓度为0.4mol/L。