[发明专利]羟基氧化铁助催化剂选择性修饰钒酸铋光催化材料的合成方法

说明书

本涉及到羟基氧化铁助催化剂选择性修饰钒酸铋光催化材料的合成方法，包括以下步骤：1)配制铜离子溶液；2)取一定量BiVO₄分散于去离子水中，形成均匀悬浮液；3)取铜离子溶液与悬浮液混合均匀；4)将步骤3)得到的悬浮液中加入一定量可溶于水的亚铁盐；5)将步骤4)得到的悬浮液通入一定时间N₂后，在室温搅拌下，光照一定时间；6)将步骤5)中光照后的反应产物过滤洗涤干燥，即得FeOOH助催化剂选择性修饰在BiVO₄{110}面的光催化材料。本发明制备方法操作简单、无需添加任何表面活性剂、绿色环保无污染，并且选择性修饰的FeOOH助催化剂具有储量丰富、价格低廉、性质稳定等优点。

技术领域

本发明涉及钒酸铋{110}晶面上选择性修饰羟基氧化铁助催化剂的制备技术，特别涉及到羟基氧化铁助催化剂选择性修饰钒酸铋光催化材料的合成方法。

技术背景

面对当前全球能源危机和环境污染的严峻困境，通过光催化技术利用太阳能解决能源问题和环境污染问题是最有潜力的策略之一。其中，光催化分解水是将太阳能转化为绿色和可持续能源的有效方法。在过去的几十年中，已经合成了各种光催化剂，例如TiO₂、C₃N₄、BiVO₄等。并将它们用于水分解，但其光催化分解水活性都很低。为了提高光催化剂的性能，需要对其进行修饰改性，其中助催化剂修饰是提高活性的有效手段之一。因此，寻找高活性助催化剂修饰光催化材料是该技术研究中的重点。

根据近些年来的研究发现，同时暴露{010}和{110}晶面的BiVO₄十面体光催化剂能够形成内生电场。在可见光照射下，光生电子和空穴在内生电场的驱动下发生定向传输，使{010}和{110}晶面分别富含电子和空穴，从而有效减少BiVO₄体内光生载流子的复合效率。通常情况下，半导体光催化剂的光催化效率由以下三个方面决定：1)太阳光的吸收利用率；2)光生载流子的迁移与分离效率；3)界面氧化还原反应效率。可以发现，在BiVO₄光催化剂表面选择性修饰合适氧化还原助催化剂，能够进一步提高其光催化性能。在光催化分解水产氧体系中，通常采用IrO₂和RuO₂等助催化剂以促进光生电子-空穴分离，同时提供丰富的活性位点以提高界面催化反应。然而，采用贵金属助催化剂显著增加了生产成本，阻碍了它们的大规模应用。而FeOOH是一种地壳中含量丰富的材料，同时是一种应用潜力非常大的助催化剂，它具有成本低廉、高稳定性等优点。例如，K.S.Choi等(J.Am.Chem.Soc.2012,134,2186–2192)报道了BiVO₄包覆的FeOOH光催化剂具有显著增强的水氧化性能。因此，将FeOOH助催化剂选择性修饰在BiVO₄{110}晶面上对提高其光催化水分解性能具有重要意义。然而目前在BiVO₄{110}晶面上选择性修饰FeOOH助催化剂相关制备技术仍未见报道。

发明的内容

为了解决BiVO₄光催化剂光生电荷载流子复合效率高和催化反应效率低的问题，本发明提出一种羟基氧化铁助催化剂选择性修饰钒酸铋光催化材料的合成方法，通过光沉积法将FeOOH助催化剂选择性地修饰在BiVO₄光催化剂的{110}晶面上。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：羟基氧化铁助催化剂选择性修饰钒酸铋光催化材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配制一定浓度的铜离子溶液；

2)取一定量BiVO₄分散于去离子水中，形成均匀悬浮液；

3)取一定量步骤1)中的铜离子溶液与步骤2)得到的悬浮液混合均匀；

4)将步骤3)得到的悬浮液中加入一定量可溶于水的亚铁盐；