[发明专利]一种Z型光催化材料钒酸铋‑银‑溴化银的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于抗生素等环境污染物降解的Z型光催化材料钒酸铋-银-溴化银的制备方法，属于光催化领域。

背景技术

化学工业的迅猛发展在满足人们日益增长的物质文化需求的同时，也带来越来越严重的环境污染。进入21世纪，全球环境污染问题日益突出，已严重威胁到人类的生存和发展，更成为制约世界各国可持续发展的瓶颈。如何解决日益严重的环境污染和能源短缺问题，已成各国政府普遍关注并亟待解决的头等大事。

自20世纪70年代Fujishima和Honda发现在n型半导体二氧化钛（二氧化钛）电极上光解水制氢以来，半导体光催化技术引起了广大研究者的极大关注，并有望在解决日益严重的环境污染和能源危机中发挥关键作用。在环境污染物治理方面，半导体光催化材料可以利用太阳光将水体和大气中的绝大多数有机污染物降解为无毒无害的二氧化碳和水。在众多的半导体材料中，纳米二氧化钛具有光化学性能稳定、无二次污染和价廉易得等优点，被认为是最具应用前景的光催化材料之一。然而，二氧化钛的禁带宽度（3.2 eV）决定了其只能吸收400 nm以下的紫外光，而到达地球表面的太阳光谱中紫外光仅占3~5％，这就造成了二氧化钛对太阳光的利用效率极低，并且其光量子效率低，存在严重复合，这都阻碍了其在实际中的应用。

在自然界中，植物的光合作用遵循着一种Z-型的光生电子空穴传输机制。近几年来，研究者们模拟光合作用中的载流子传输机制，构建了人工Z-型复合半导体光催化体系。这种Z-型复合半导体，主要由两种导带、价带能级交叉的半导体材料SI、SII以及它们之间的载流子传导介质构成。这种特殊的Z-型结构不尽使Z-型复合半导体可以通过SI、SII响应太阳光，而且通过这种特殊的载流子传输机制，能够在提高复合光催化材料中载流子分离效率的同时，提升材料整体的氧化还原能力。按照载流子传导介质的不同，Z-型复合半导体可分为三类：S-DA-S（DA为电子给体/电子受体)、S-C-S（C为导电材料)和S-S（传导介质为两种半导体的界面）。其中，S-C-S体系常用的导体主要为贵金属材料(Au、Ag、Pt等))。在这种Z-型体系中，导带较低半导体(SI)中的光生电子与价带较高半导体(SII)中的光生空穴，能够通过两者之间的导体直接进行再复合，在两种半导体材料中分别留下能量较高的光生空穴和电子，参与之后的光催化反应。因此，开发可利用太阳光实现环境污染物治理的Z性复合半导体具有重要的意义。

发明内容

本发明公开了一种Z型光催化材料钒酸铋-银-溴化银及其制备方法，该光催化材料材料分别通过两种半导体钒酸铋和溴化银响应太阳光，通过贵金属将钒酸铋和溴化银结合起来，构成Z型复合半导体，复合低能电子和空穴而保留高能的电子和空穴，从而提高光催化活性。所述Z型钒酸铋-银-溴化银的制备方法主要包括以下步骤：

步骤一：将钒酸铋微晶分散到水溶液中，加入一定量的硝酸银，搅拌至硝酸银溶解后，用300 W氙灯照射3小时，使银离子在钒酸铋表面被原位还原成银纳米粒子（悬浮液从淡黄色变为灰绿色），将得到的沉淀物离心洗涤3次，除去杂质离子，烘干，得到钒酸铋-银；

步骤二：将钒酸铋-银分散于水溶液中，加入硝酸铁和溴化钾溶液溶液，反应1小时，离心洗涤，得到钒酸铋-银-溴化银光催化材料。

步骤（1）中需计算硝酸银的加入量，使得到钒酸铋-银中，银的重量百分含量为3−8%，步骤（2）中加入硝酸铁和溴化钾的摩尔比为1 : 1−1.5 : 1。

附图说明

图1为实施例1得到钒酸铋-银-溴化银的X射线衍射图；

图2为实施例1得到钒酸铋-银-溴化银的扫描电镜图；

图3为实施例1得到的钒酸铋-银-溴化银在可见光下降解四环素的实验结果。

具体实施方式

以下结合实例对本发明进行进一步的详述。

实施例1

将钒酸铋微晶分散到水溶液中，加入一定量的硝酸银（计算硝酸银的加入量，使得到钒酸铋-银中，银的重量百分含量为3%），搅拌至硝酸银溶解后，用300 W氙灯照射3小时，使银离子在钒酸铋表面被原位还原成银纳米粒子（悬浮液从淡黄色变为灰绿色），将得到的沉淀物离心洗涤3次，除去杂质离子，烘干，得到钒酸铋-银；将钒酸铋-银分散于水溶液中，加入摩尔比为1 : 1的硝酸铁和溴化钾溶液溶液，反应1小时，离心洗涤，得到钒酸铋-银-溴化银光催化材料。