[发明专利]一种零维/一维异质结构钒酸铋/氧化锆纳米带光催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种零维/一维异质结构钒酸铋/氧化锆纳米带光催化剂及制备方法，具体是首先使用水热法制备出钒酸铋量子点，后将氧氯化锆与钒酸铋量子点加入到PVP的DMF与水溶液中进行超声与搅拌处理，使其混合均匀生成电纺溶胶并使用静电纺丝法得到BiVO₄/ZrO₂的纤维膜，后经过煅烧处理得到BiVO₄/ZrO₂纳米带光催化剂。本发明的特点是使用水热法与静电纺丝法两步结合，后结合煅烧工艺制备出BiVO₄/ZrO₂纳米带光催化剂，这可以使BiVO₄量子点均匀的负载到ZrO₂纳米带上，极大的增加了催化剂的比表面积，使其具有更多的活性位点，并且通过异质结构的形成有效的促进了电子的传输效率并降低电子空穴的复合率，使制备的催化剂具有很高的光催化活性。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体为钒酸铋量子点以及氧化锆纳米带材料的制备方法。

背景技术

在科技迅速发展，工业经济发达的当今社会，环境污染的治理成为人们面临的首要问题之一。由于具有环境友好的特点，光催化在治理环境污染中的应用越来越引起人们的关注。它可用于各种方面，如净水、杀菌、自洁、空气净化、防雾和散热等，并且由于其具有较低的成本、高成效等优点，半导体光催化剂逐渐成为处理水污染领域的研究热点。

传统光催化剂TiO₂自1972年Fujishima和Honda（Nature 1972, 238, 37-8）用其做为电极将水电解成H₂和O₂以来，由于其具有成本低、效率高、稳定性好等诸多优点引起人们广泛的关注。但是由于其较大的禁带宽度（~3.2eV）决定其不能吸收可见光，严重限制了其应用。为了克服这个缺点，人们对新型光催化剂给予了极大的关注，其中最让人感到兴奋是可见光活性铋基光催化剂，而钒酸铋又以其较小的带隙（~2.4eV）从中脱颖而出。但是经过人们长期研究发现，虽然其吸光范围更大，但单一钒酸铋半导体光催化剂由于其较高的电子空穴复合率导致其光催化活性并不理想，而通过与其他物质构建异质结构可以有效的减小电子空穴的复合。目前已经有许多课题组对钒酸铋异质结构光催化进行了研究，例如Meryam Zalfani（J.Mater.Chem.A, 2014, 00,1-3）等人使用水热法制备了BiVO₄/TiO₂异质结构纳米复合材料，发现其对罗丹明B的降解效率相对单纯的BiVO₄纳米颗粒提升了大约四倍。而相对TiO₂，ZrO₂具有相对其更加稳定的性质，且静电纺丝得到的ZrO₂纳米带以及BiVO₄量子点具有更大的比表面积，通过两步法将钒酸铋量子点负载到氧化锆纳米带上会使其吸光度大大增强，且在其表面形成更多的活性位点，这些优势都非常有利于其对污染物的降解及光催化效率的提升。

发明内容

本发明目的是利用构建钒酸铋量子点和氧化锆纳米带的异质结构获得具有高光催化活性的催化剂。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案：

一种零维/一维异质结构钒酸铋/氧化锆纳米带光催化剂及制备方法，包括步骤如下：

（1）将油酸钠置于去离子水中，并在室温下搅拌30min获得质量浓度0.1%的油酸钠溶液A；

（2）将硝酸铋以及偏钒酸铵加入溶液A中，室温下搅拌10~10min；

（3）将溶液A加入到反应釜中并且在90℃的烘箱中加热反应6~10h；

（4）将反应完成后的溶液进行多次离心并将所得物质使用乙醇及去离子水多次洗涤以获得钒酸铋量子点；

（5）将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于N,N-二甲基甲酰胺和少量去离子水的混合溶剂中并搅拌均匀获得溶液B；