[发明专利]磷掺杂石墨相氮化碳/钒酸铋异质结及其应用

说明书

本发明属于新材料领域，公开了磷掺杂石墨相氮化碳/钒酸铋异质结及其应用。磷掺杂g‑C₃N₄/BiVO₄异质结通过PCN、Bi盐溶液和钒盐溶液混匀水热合成得到。本发明一些实例的磷掺杂g‑C₃N₄/BiVO₄异质结，主要呈细棒状，细棒上附有微小的PCN颗粒，层状尺寸约为150～300nm，棒状主体上还有微孔的存在，PCN和BVO紧密接触，并以棒状颗粒均匀分散在复合催化剂中，具有很好的光催化降解有机物的性能。

技术领域

本发明涉及一种具有光催化活性的材料及其应用。

背景技术

有机污染物对水体的水质有着严重影响，在众多有机污染物中，抗生素残留是需要重点去除的。

可见光驱动的光催化可以利用大量可用的太阳能来降解有机污染物，包括Eps。可见光照射下的光催化活性受多种因素的影响，其中可见光吸收边和光诱导载流子的输运特性是两个关键因素。因此，为了提高光催化性能，提出了几种有效的分离载体的合成方法。光降解手段成为降解抗生素污染治理最重要的方法之一，在未来的研究中，光降解技术在抗生素废水污染治理过程中，必将越来越重要，越来越多的人选择这种方法，其必将在抗生素污染的废水治理中发挥重要作用。

大量研究表明，光催化活性大多受到能带结构，物相结构、暴露晶面、形貌、颗粒尺寸等因素影响。半导体光催化剂晶体结构对光催化活性的影响，主要体现在晶型、晶面、晶格间距和结晶度等的影响，某些催化剂可能由于其晶体自身性质的原因，能够产生一定的晶格缺陷，晶格的缺陷既能捕获空穴或光生电子，也能作为载流子的复合中心，对半导体光催化材料具有两个方面的影响。除此之外，同种催化剂，晶型不同，光催化活性也会不同。例如，TiO₂有金红石型、锐钛矿型和平板型三种晶体类型。其中锐钛矿型TiO₂具有相对稳定的化学性质和较大的比表面积。更容易吸附有机相和·O₂^-，因此其光催化活性更高。

钒酸铋(BiVO₄)具有良好的物理化学稳定性，它在可见光的照射下具有很强的光催化活性，是很具有前途的光催化材料。BiVO₄按结构主要分为三种晶型：四方锆石型、单斜白钨矿型以及四方白钨矿型。将这三种晶型分别简称为BiVO₄(z-t)、BiVO₄(s-m)和BiVO₄(s-t)。在这三种晶型中，以BiVO₄(s-m)活性最高，虽然BiVO₄(z-t)的晶体结构与其较为接近，但是二者的光催化活性相差悬殊。其主要原因是BiVO₄(z-t)的禁带宽度为2.9eV，响应范围主要在紫外光区域(300nmλ380nm)；而BiVO₄(s-m)的禁带宽度仅为2.4eV，响应范围可延伸至可见光区域(λ420nm)。单一的BiVO₄(s-m)存在光诱导载流子复合率高、量子产率低、可见光响应低等缺陷，限制了实际应用。一些提高BiVO₄光催化活性的方法被开发出来，如贵金属沉积，元素掺杂，异质结构建。在以往的研究中，最常见的两种异质结是p-n异质结和Z型异质结。传统的p-n异质结系统提高了载流子的分离效率和可见光响应，但由于导带的减少和价带的增加而降低了氧化还原容量。与传统异质结相比，Z型异质结既有利于载流子的分离，又能同时优化氧化还原容量。采用Z型异质结建了新型BiVO₄基催化剂，以提高光催化性能。这种异质结构对有机化合物的降解具有良好的前景。典型的半导体g-C₃N₄具有比表面积大、能带结构合适、化学稳定性好等优点。通常考虑将g-C₃N₄与BiVO₄、Bi₂WO₆、SnS₂偶联来构建Z型异质结，而且异质结能为促进光生电子-空穴对的分离和转移提供了较好的途径。