[发明专利]一种无定形的钒酸铁/钒酸铋/石墨烯复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体公开了一种无定形的钒酸铁/钒酸铋/石墨烯复合光催化剂及其制备方法和应用。所述制备方法步骤如下：将硝酸铋的丙三醇溶液、石墨烯粉末、偏钒酸铵水溶液和硝酸铁溶液混合得到前驱体溶液，进行水热反应，加入抗坏血酸溶液并在惰性气体保护下静置，用无水乙醇和去离子水交替洗涤，经干燥后即得到无定形的钒酸铁/钒酸铋/石墨烯复合光催化剂。采用上述方法制备得到的无定形钒酸铁/钒酸铋/石墨烯复合光催化剂粒径小于50nm，具有较大的比表面积，其光催化活性也远远超过纯钒酸铋或钒酸铁，可用于光催化还原Cr(VI)及含铬废水的深度处理中，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，具体地，涉及一种无定形的钒酸铁/钒酸铋/石墨烯复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球经济的迅猛发展，环境污染问题日益突出，重金属污染尤为严重。其中，含铬（通常是Cr(VI)）有机废水污染主要来源于工业颜料废水、皮革制剂废水、电镀废水等，此类废水可生化程度低，处理难度大，而目前高级氧化技术所用到的催化剂，往往只能单一地处理有机污染物，而不兼具处理六价铬等重金属的能力。传统技术研究中，以二氧化钛为核心代表的半导体光催化技术被广泛应用于环境污染治理领域，但二氧化钛的带隙宽度为3.2eV，仅在紫外光照射下有反应，实用性较差。因此，为治理含铬有机废水的污染问题，现亟待开发一种能在可见光下有效降解Cr(VI)的新型光催化剂。

钒酸铋作为一种具备可见光响应活性的半导体，主要存在三种晶型：四方锆石型（zt），四方白钨矿型（s-t），单斜白钨矿型（s-m）。其中，单斜相钒酸铋的禁带宽度约为2.40eV，可见光照下即可产生光生电子和光生空穴，在水溶液中具有优异的化学稳定性，无毒害且制备成本低。钒酸铋在降解有机污染物、光解水制氢制氧等技术领域具有广阔的发展前景。但纯相钒酸铋本身仍存在光生载流子易复合、表面吸附能力差的缺点。

石墨烯中的碳原子以六元环形式排列于单原子层平面内，具有四个价电子的C原子贡献一个未成键的价电子。这些价电子在单原子层的二维晶体结构中与平面垂直的方向形成共轭的离域大键，因此电子可在晶体中自由移动，使石墨烯具有优异的电子传导性能。此外，石墨烯还具有优异的机械性能及对光的高透过性以及高比表面积，可用来制备石墨烯各种功能化复合材料。石墨烯突出的性能及其易加工性使其在光催化领域具有很好的应用前景，其优异的导电性能，可将光生电子更快地传导到材料表面，有效分离了光生电子-空穴对，降低了它们的复合率。

已有研究已证实，在钒酸铋表面负载少量石墨烯一定程度上可促进钒酸铋晶体{010}晶面的优先生长，该晶面的优先生长有助于提高光生电子空穴对的分离效率。同时，石墨烯表面存在大量源自sp²连结的共轭碳网络去局域化电子，因而具有良好的导电性，能进一步加快光生载流子在钒酸铋复合材料表面的传导。但是，目前已报道的钒酸铋-石墨烯复合材料多为规则的晶态结构，粒径大小也多在100～200nm之间，比表面积较小，其光催化性能仍有待提高；而至于非晶态的无定形复合材料则普遍存在晶粒尺寸较大，吸附能力差，光生载流子难以分离，电子空穴对容易复合使得光催化效率较低的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种无定形的钒酸铁/钒酸铋/石墨烯复合光催化剂的制备方法，通过该方法制备得到的复合光催化剂粒径小于50nm，具有较高的比表面积，其光催化活性也远远超过纯钒酸铋或钒酸铁。

本发明的另一目的在于提供一种无定形的钒酸铁/钒酸铋/石墨烯复合光催化剂。

本发明的另一目的在于提供上述无定形的钒酸铁/钒酸铋/石墨烯复合光催化剂在光催化还原Cr(VI)和/或含铬废水的深度处理中的应用。

为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

一种无定形的钒酸铁/钒酸铋/石墨烯复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：