[发明专利]微波水热法一步合成BiVO4

说明书

本发明属于光催化材料技术领域，涉及微波水热法一步合成BiVO₄/InVO₄光催化剂的方法及其应用。该方法主要步骤包括：将Bi(NO₃)₃·5H₂O和In(NO₃)₃·XH₂O加入硝酸溶液中，得到混合液A，将NH₄VO₃溶于NaOH溶液，得到混合液B，将两者混合，于微波加热条件下反应即可。本发明方法制备工艺简单，采用微波水热法一步合成，制备出不同摩尔比的BiVO₄/InVO₄光催化还原Cr(Ⅵ)，有效地提升了BiVO₄及InVO₄的光催化性能。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，涉及微波水热法一步合成BiVO4/InVO4光催化剂的方法及其应用。

背景技术

铬是地球上第七大最丰富的元素，主要以铬铁矿(FeCr₂O₄)矿石的形式开采。铬也是重要的工业材料，被广泛用于电镀，铁合金产品，皮革制造，燃料和化学产品中。Cr(Ⅵ)已被美国环境保护署(EPA)列为A类致癌物质，并且在水溶液中具有较高的溶解度和流动性，无法进行生物降解，且可以通过食物链富集在动物和人体组织中。根据pH和浓度，它们主要以Cr₂O₇^2-，HCrO₄^-和CrO₄^2-的形式存在，浓度1000mg/L时主要为Cr₂O₇^2-，浓度1000mg/L且1pH6.5主要为HCrO₄^-，浓度1000mg/L且pH6.5时主要为CrO₄^2-。与Cr(Ⅵ)相比，Cr(Ⅲ)更为稳定，并且Cr(Ⅲ)是人体必需的微量元素。所以利用BiVO₄/InVO₄光催化剂Cr⁶⁺还原为Cr³⁺具有重要意义。

近年来，以半导体为基础的新型绿色光催化技术得到了广泛的关注。光催化技术是一种利用光能产生光生载流子并进一步物质转化的技术。半导体型光催化剂主要受其本身的导带(CB)、价带(VB)相对位置的影响。当入射光线的能量大于等于光催化剂的带隙宽度时，价带(VB)上的电子被激发，从而迁至导带(CB)，而价带电子的空缺导致其形成大量的空穴，光生空穴具有氧化性，而光生电子具有还原性，因此两者所产生的氧化还原系统可对某些污染物进行降解；且由于电荷力的作用，光生空穴与光生电子会发生复合。

钒酸铋(BiVO₄)是一种在可见光下具有很好光催化活性的光催化材料，其组成元素来源广泛、化学和热稳定性好、在水溶液中稳定性好、无毒、环境友好，且能够有效地利用太阳能，达到降解有机物的目的。因良好的催化特性而引起广泛关注，但是其表面吸附能力较弱以及广生电子和空穴易复合。BiVO₄的理论导带为+0.4eV，BiVO₄的理论价带为+2.8eV，水体中通常铬浓度1000mg/L且1pH6.5，因此其主要存在形式为HCrO4-；Cr⁶⁺/Cr³⁺的理论电位为1.35eV，其在BiVO₄的理论价带的范围之内，因此，BiVO4导带电子在热力学上可还原Cr⁶⁺为Cr³⁺。InVO₄也同样具有良好光催化性能，InVO₄的理论导带为-0.19eV，InVO₄的理论价带为+1.71eV，将两种及以上的半导体材料进行复合，可形成II型交错方式异质结，能有效地抑制光生电子的复合，同时可以扩展其光吸收能量范围，以提高其光催化活性。BiVO₄/InVO₄构成异质结后形成能带差，可以相互促进，循环稳定。