[发明专利]类红细胞状BiVO4

说明书

本发明公开了一种类红细胞状BiVO₄/hm‑C(CN)₃ Z型异质结及其制备方法和应用，该材料首先通过模板诱导结合水热法制备BiVO₄，再在BiVO₄骨架上原位包覆hm‑C(CN)₃制备而成。将硝酸铋和偏钒酸铵分别溶于硝酸和氢氧化钠溶液中，再加入聚乙烯吡咯烷酮，随后将偏钒酸铵溶液滴加到硝酸铋溶液中，搅拌下用氢氧化钠溶液调节体系pH至中性，转移至高压釜中进行高温水热反应，得到尺度介于2‑3μm的类红细胞状BiVO₄。将三氰基甲烷化咪唑离子液体吸附于BiVO₄，高温聚合得到BiVO₄/hm‑C(CN)₃Z型异质结。本发明的类红细胞状BiVO₄/hm‑C(CN)₃ Z型异质结具有优异的CO₂捕获、活化和光生电子、空穴分离能力，可应用于催化和能源转化领域。

技术领域

本发明属于半导体复合材料技术领域，具体涉及一种类红细胞状BiVO₄/hm-C(CN)₃ Z型异质结及其制备方法。

背景技术

半导体光催化还原CO₂技术被誉为是解决当前环境问题和能源危机的绿色有效方法，具有极大的研究价值和应用前景。自1979年Inoue T等首次报道了二氧化钛半导体材料应用于光电催化还原CO₂的研究以来，国内外学者已经对光催化还原CO₂的机理和产物选择性进行了广泛而深入的分析。然而，传统的二氧化钛等光催化剂因存在着禁带宽度较大，CO₂吸附能力不足，可见光利用率低以及光生电子空穴复合率高等缺陷，其应用受到了极大的限制。作为一种多功能材料，钒酸铋（BiVO₄）由于具有较高的可见光捕集能力和较正的价带电位，在光催化产氧和污染物降解方面得到了广泛的应用。该半导体材料制备工艺简单，化学稳定性好，无毒，在光催化领域具有广阔的应用前景。然而，单纯BiVO₄能带位置较正，光生载流子复合率较高，导致其光催化效率不高，热别是难以实现CO₂的还原转换。为了进一步改善BiVO₄的物理及化学性质，通过元素掺杂以及与不同半导体材料进行复合，成为近年BiVO₄材料的主要改性策略。

专利CN110038641A公开了一种钒酸铋/铬卟啉/石墨烯量子点二维复合Z型光催化材料及其光催化分解水产氢应用。该复合材料没有突出的形貌特征，同时需要石墨烯量子点（GOD）的负载作为电子传导介质。专利CN106944118A公开了一种金属Ag纳米颗粒沉积修饰的PCNS/BiVO₄复合光催化剂，该催化剂通过水热反应得到钒酸铋负载的磷杂化石墨相氮化碳纳米片复合材料，再通过光照对含有硝酸银的甲基橙溶液进行Ag的还原沉积，制备工艺繁琐，且催化剂没有特殊的形貌结构，需要借助贵金属Ag的等离子体共振效应拓宽光子吸收范围和提升载流子分离效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种类红细胞状BiVO₄/hm-C(CN)₃Z型异质结及其制备方法和应用，该异质结首先通过聚乙烯吡咯烷酮模板诱导结合水热法制备BiVO₄，再在BiVO₄骨架上原位包覆hm-C(CN)₃制备而成。该材料制备工艺可控，具有较高的比表面积和良好的可见光响应性，特别是其优异的光生电子-空穴分离能力，使得材料在光催化降解污染物、水分解、CO₂应用领域极具潜力。