[发明专利]Z型BiVO4‑Au/g‑C3N4光催化材料的制备及其光催化还原CO2的应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料和光催化技术领域，具体涉及一种Z型BiVO₄-Au/g-C₃N₄光催化材料的制备及其光催化还原CO₂为CH₃OH的的应用。

背景技术

在现代工业迅速发展的今天，人类向大气中排放的CO₂逐年递增，这会给人类的生产、生活造成严重的影响。CO₂利用的研究不仅与能源生产、环境保护和资源利用密切相关，而且对国民经济和人类社会可持续发展有着重大意义。以CO₂为原料合成高附加值有机物已成为CO₂利用的一个重要研究方向。近年来，国际上对光催化还原CO₂进行了大量的探索研究，为提高CO₂的转化率，一直致力于寻找具有高催化活性和高选择性的光催化剂。

光催化剂不仅能够在太阳光照射下降解有机污染物，而且能够直接转换太阳能为有用的和可存储的能源。然而，这些应用需要光催化剂有宽的吸收范围、长期的稳定性、高载流子分离效率和较强的还原能力。通常对于单独组成的光催化剂来说同时满足上面这些所有需求会很困难，而人们模仿自然界光合作用过程，构建的异质结Z型光催化体系能够克服这些困难，并且充分利用在解决能源和环境危机上。这样的Z型体系在过去十年中得到了广泛研究。尤其是全固态Z型光催化体系在水分解、太阳能电池制造、污染物降解和CO₂还原等方面的广泛利用。

g-C₃N₄虽然具有良好的物理化学稳定性以及合适禁带宽度(2.7eV)的能带结构，但是也存在着光生电子-空穴易快速复合、比表面积小和低可见光利用效率等缺点。所以，寻找简单可靠的方法来合成具有增强的物理化学性质和高光催化活性的基于g-C₃N₄材料改性的催化剂是十分有必要的。BiVO₄光催化剂因其具有无毒、对环境友好以及良好的可见光光催化剂性能而被广泛关注。当Au作为Z型体系传输电子时，促进光生电子-空穴分离和其SPR效应带来的可见光吸收能力增强的协同作用更能促进Z型光催化剂的光催化效果。因此，将三者结合构建的Z型BiVO₄-Au/g-C₃N₄光催化材料在光催化还原CO₂方面有广阔的应用前景。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种Z型BiVO₄-Au/g-C₃N₄光催化材料的制备及其光催化还原CO₂的应用，以提高光生载流子分离效率和可见光吸收性能，并且为光催化还原CO₂为碳氢能源提供了一种重要的途径。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种Z型BiVO₄-Au/g-C₃N₄光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别通过热聚合尿素法和水热法制备得到g-C₃N₄以及BiVO₄；

(2)用Au前驱体溶液通过光沉积的方法在g-C₃N₄上负载Au；

(3)将BiVO₄与Au/g-C₃N₄通过混合煅烧，得到Z型BiVO₄-Au/g-C₃N₄光催化材料。

进一步的，所述步骤(1)用水热法制备BiVO₄的具体方法为：称取等物质的量的Bi(NO₃)·5H₂O和NH₄VO₃分别溶解于2mol/L的HNO₃和2mol/L的NaOH溶液中得到溶液A和B，再将B溶液滴加入A中形成黄色悬浮液，接着用NaOH溶液将溶液pH调至7-9，搅拌30-60min后将悬浮液转移至高压水热釜中，加热反应；待其冷却至室温后，取出离心并以去离子水和乙醇溶液洗涤3-5次，在60℃下真空干燥6-10h，即得BiVO₄催化剂。