[发明专利]一种钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三元异质结构纳米纤维光催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三元异质结构纳米纤维光催化剂及制备方法，该催化剂由钒酸铋、三氧化二铁以及铁酸锌组成，使用静电纺丝法结合煅烧工艺制备。本发明具有制备简单且成本低廉的特点，且具有良好的一维形貌结构，有着更大的比表面积以及反应活性位点，并且通过三元异质结构的建立在保持催化剂稳定性的同时大大降低了电子‑空穴复合率，提升了光生电子的传输速率，显示出极高的光催化活性。

技术领域

本发明涉及一种钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三元异质结构纳米纤维光催化剂及制备方法，属于光催化技术领域。

背景技术

钒酸铋是当今最流行的可见光响应光催化剂之一，其优异的性能引起了人们的广泛关注与研究。但是由于单一的钒酸铋作为催化剂使用存在许多劣势，其较高的电子-空穴复合率以及较低的光生电子传输效率是限制其光催化活性的重要因素，为此人们采用了一

些典型的策略在一定程度克服这些问题，例如通过控制晶相制备光催化活性更为优异的单斜晶相钒酸铋，构建特殊的形貌结构以获得较大的比表面积等。然而，到目前为止，单组分钒酸铋的光催化活性并不理想，距离实际应用还存在差距。复合光催化剂的合理设计可以扩展光响应范围并促进光生载流子的分离效率，因此与他们的主体相比可以显著提高光催化剂的活性，许多研究者开始通过构建异质结构来增强钒酸铋的活性，通过构建异质结构可以有效的降低电子-空穴的复合率，使催化剂性能大大增加，目前大部分钒酸铋异质结构光催化剂以二元复合为多数。

铁氧体和金属氧化物异质结构由于其优秀的物理化学性能近年来受到了广泛的关注。三氧化二铁拥有较小的带隙，可以吸收更广泛的太阳光范围，有效的利用光能，并且成本低廉，含量丰富，是一种良好的光催化材料。铁酸锌的可见光响应范围较高，拥有较好的化学稳定性，但是由于其价带电势较低并且光电转换效率慢，导致其光催化活性并不理想，通过构建三氧化二铁/铁酸锌的异质结构可以一定程度克服这些劣势，但性能并不突出。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三元异质结构纳米纤维光催化剂及制备方法。本发明通过构建三元异质结构将三者的优点互相结合，有效的克服了电子-空穴复合，并大大增加了光生载流子的传递效率。并且通过对催化剂的形貌控制使其三元异质结构形成纳米纤维结构具有更大的比表面积和活性位点，催化性能得以进一步加强。本发明的技术方案如下：

一种钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三元异质结构纳米纤维光催化剂，该催化剂由钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三种物质组成。其中，钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三种物质的摩尔比为1:1:1。优选的，钒酸铋为单斜相，三氧化二铁为六方相，铁酸锌为立方相。

进一步的，所述纳米纤维光催化剂的粒径大约为500nm。

本发明中，钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三元异质结构纳米纤维光催化剂的制备方法，步骤如下：

(1)将柠檬酸加入去离子水中搅拌均匀获得溶液A；

(2)将硝酸铋和偏钒酸铵加入溶液A中并在均匀搅拌下向其中滴加硝酸获得溶液B；

(3)取乙醇和DMF混合溶剂并向其中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)搅拌均匀，然后加入硝酸铁及乙酸锌获得溶液C；

(4)将溶液B与溶液C混合搅拌后获得可纺溶胶；

(5)将获得的可纺溶胶加入到20mL塑料注射器(内径0.8mm)中，并设置推速为2.26mL/h电压为20KV后进行静电纺丝；

(6)将静电纺丝获得的纤维膜进行煅烧获得钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三元异质结构纳米纤维光催化剂。

进一步的，步骤(1)中，柠檬酸的浓度为0.13g/mL。