CN103990485B - 氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂及其制备方法，氮化碳纳米粒子离散地复合于多孔钒酸铋表面，多孔钒酸铋由弯曲的钒酸铋纳米棒构成，制备方法是先制备氮化碳粉末；然后将氮化碳粉末加入到高纯水中，超声分散；加入五水合硝酸铋搅拌至完全溶解；加入偏钒酸铵继续搅拌；离心分离、洗涤、干燥，得到固体样品；最后进行热处理后研磨成粉末。本发明的复合光催化剂中氮化碳纳米粒子尺寸较小，离散地复合于多孔钒酸铋的表面，有利于暴露出高活性的氮化碳-钒酸铋相界面和减小电荷传输距离，在环境污染控制、能源等领域具有广泛的应用前景；同时该复合光催化剂的制备方法简单、成本低廉、重复性好，能够很好地满足量产要求。
Description
技术领域
本发明涉及无机纳米光催化剂材料领域，具体的说，特别涉及一种复合光催化剂及其制备方法。
背景技术
随着社会的不断发展，人们对能源的需求量日益增加，对自身生存环境的要求也越来越高。然而，当今世界却面临着能源危机和环境污染两大问题，这主要是因为世界各国能源主要为化石能源，例如：石油、煤炭、天然气等。这些能源是经过几亿年的漫长过程才形成的，属于不可再生的资源。按照目前的消耗速度，化石能源在不久的将来便会面临枯竭。同时，化石能源的过度使用，释放的有害气体、液体及固态污染物造成了严重的环境污染。虽然人们的节能与环保意识越来越强，但能源短缺与环境污染问题依然是当今世界所面临的两个最大挑战，严重制约着社会的可持续发展，有效解决这两个问题是全人类需要共同面对的重大课题。
太阳能是一种可再生能源，具有取之不尽用之不竭、清洁无污染等优点。研究表明如果能够充分利用太阳能，以上两个问题便可迎刃而解。但是，目前人类利用太阳能的形式较少，而且效率很低，远远达不到人们的需求。因此寻找一种高效利用太阳能的方式成为一个急需解决的问题。
自从1972年日本科学家发现二氧化钛具有光催化效应以来，光催化受到了越来越多的关注。利用半导体的光催化效应可以有效地将太阳能转化为可利用的化学能形式。1经过四十多年的发展，光催化取得了显著地发展。2目前研究最多的光催化剂为二氧化钛(TiO2)，其具有来源广泛，价格低廉，性能稳定及光催化性能较好等优点，得到了广泛关注。但是TiO2的带隙较大(金红石为3.0eV；锐钛矿为3.2eV)，其只能被紫外光激发，而紫外光只占太阳光的一小部分(大约为4％)，无法满足充分利用太阳能的目的。而太阳能中可见光占的比例高达43％，充分利用太阳能中的可见光部分具有重大意义，因此开发具有可见光响应性能的光催化剂成为一种必须。经过各国科学家的不断努力，多种具有可见光光催化剂被开发出来。3例如，1998年日本Kudo所在的研究小组发现，钒酸铋(BiVO4)是一种良好的可见光催化剂，带隙为2.4eV，价带和导带位置分别位于+2.7eV和+0.3eV，其光生电子-空穴对具有较强的氧化还原能力。但是，通过一般手段合成的钒酸铋粒径较大，光生电荷传输到表面的距离较长，而且其传输电荷的能力较差，因此造成了严重的体相电荷充足，其量子效率较低无法满足实际应用。4同样，石墨型氮化碳(g-C3N4)也被发现是一种不含金属元素的光催化剂，其带隙为2.7eV，其带隙结构决定了其可以光解水产生氢气和氧气，具有广泛的应用前景，5,6但是大块状的氮化碳比表面积较小，电荷重组速率较快，造成量子产率较低，其实际应用受到了限制。
研究表明，在g-C3N4和BiVO4之间形成的异质结中，光生电子和空穴分别向氮化碳和钒酸铋转移，从而提高了光生电荷的分离效率。目前报道的g-C3N4/BiVO4复合光催化剂主要由尺寸较大的氮化碳和钒酸铋混合到一起形成大块状的催化剂。在这样的固体催化剂中，氮化碳与钒酸铋的尺寸均较大，二者缺乏足够的结合力，因此形成的异质结质量较差。不仅如此，其缺点还包括催化剂尺寸大、比表面积小、电荷由体相到表面传输距离大、高活性的相界面暴露较少等；这些缺点使氮化碳和钒酸铋之间的协同作用难以有效地发挥，限制了其光催化活性的进一步提高。因此，有效控制g-C3N4/BiVO4复合光催化剂的形貌和结构具有重要意义。
参考文献：
1.F.E.OsterlohandB.A.Parkinson,MRSBull.,2011,36,17-22.
2.H.Kisch,Angew.Chem.Int.Ed.,2013,52,812-847.
3.R.Asahi,T.Morikawa,T.Ohwaki,K.AokiandY.Taga,Science,2001,293,269-271.
4.D.K.Zhong,S.ChoiandD.R.Gamelin,J.Am.Chem.Soc.,2011,133,18370-18377.
5.X.Wang,K.Maeda,A.Thomas,K.Takanabe,G.Xin,J.M.Carlsson,K.DomenandM.Antonietti,Nat.Mater.,2009,8,76-80.
6.J.Sun,J.Zhang,M.Zhang,M.Antonietti,X.FuandX.Wang,Nat.Commun.,2012,1139.
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，现有的g-C3N4/BiVO4复合光催化剂具有尺寸较大、比表面积小、电荷由体相到表面传输距离大、高活性相界面暴露不足、难以充分发挥氮化碳和钒酸铋的协同作用等缺点，构建一种能够促进电荷高效分离、具有高光催化活性的氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂及其制备方法，该复合光催化剂中氮化碳纳米粒子离散地复合于多孔钒酸铋的表面，有利于暴露出高活性的氮化碳-钒酸铋相界面，在环境污染控制、能源等领域具有广泛的应用前景；同时该复合光催化剂的制备方法简单、成本低廉、重复性好，能够很好地满足量产要求。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂，氮化碳纳米粒子离散地复合于多孔钒酸铋表面，所述氮化碳纳米粒子的粒径为5-10nm，所述多孔钒酸铋由弯曲的钒酸铋纳米棒构成，所述钒酸铋纳米棒的直径为50-150nm。
一种氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的制备方法，该方法按照以下步骤进行：
(1)将三聚氰胺粉末加入到坩埚中，将坩埚加盖后放入程序升温控制的装置中，以5-20℃/min的升温速率升温至490-510℃，保持2-4h；然后继续升温至520-550℃，保持2-4h，得到氮化碳粉末；
(2)取重量份为15份的氮化碳粉末加入到高纯水中，超声分散处理至分散均匀；
(3)在步骤(2)得到的悬浊液中加入重量份为1-5份的五水合硝酸铋，充分搅拌至完全溶解；
(4)在步骤(3)得到的悬浊液中加入与所述五水合硝酸铋等摩尔量的偏钒酸铵，室温下继续搅拌24-72h；
(5)将步骤(4)得到的悬浊液离心分离、洗涤、干燥，得到固体样品；
(6)将步骤(5)得到的固体样品在400-500℃的条件下热处理2-6h；
(7)将步骤(6)得到的样品研磨成粉末，即得最终产品。
优选地，步骤(1)中以10-15℃/min的升温速率升温至500℃；然后继续升温至520℃。
优选地，步骤(4)中的搅拌时间为24-36h。
优选地，步骤(6)中的热处理温度为425-475℃。
优选地，步骤(6)中的热处理时间为3-5h。
本发明的有益效果是：
本发明以多孔氮化碳为钒酸铋的生成模板，增大了钒酸铋的比表面积，并通过热处理的手段减小了氮化碳的尺寸，从而构建出一种氮化碳纳米粒子离散复合于多孔钒酸铋上的g-C3N4/BiVO4复合光催化剂。在该复合光催化剂中，氮化碳纳米粒子尺寸为5-10nm，钒酸铋纳米棒直径为50-150nm，这样的尺寸均能保证光生电荷顺利地从体相传输到催化剂表面，减小体相复合速率；多孔钒酸铋增大了钒酸铋的比表面积，也大大提高了其光催化性能；同时，在该g-C3N4/BiVO4复合光催化剂中，氮化碳纳米粒子离散地复合于钒酸铋表面，有利于充分暴露高活性的相界面，也有利于钒酸铋和氮化碳同时接触反应液，更好地发挥氮化碳和钒酸铋之间的协同作用。
因而，本发明的氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂，其光生电荷的分离效率大大提升，与传统的块状g-C3N4/BiVO4复合光催化剂相比，其比表面积明显增大，暴露的活性位点数量显著增加，光生电荷的分离效率得到进一步提升，使该复合光催化剂具有优越的光催化性能。
经试验表明，本发明的氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂具有良好的可见光响应性能，电荷重组效率大大降低；光催化降解有机染料亚甲基蓝(MB)溶液的测试结果表明，该复合光催化剂的可见光光催化性能大大增加。从理论上可以预测，该复合光催化剂可以广泛的应用到光催化降解污染物、光解水制氢及光催化二氧化碳还原等能源与环境治理领域。
附图说明
图1是实施例1所制备的氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的扫描电镜图(SEM)；
图2是实施例1所制备的氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的透射电镜图(TEM)；
图3是实施例1所制备的氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的XRD图谱；
图4是实施例1所制备的氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的FT-IR图谱；
图5是实施例1所制备的氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的紫外吸收光谱图(UV-Vis)；
图6是实施例1所制备的氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的可见光光催化性能测试图，参考为直接光解、商业性P25、纯的氮化碳以及钒酸铋。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩埚中，将坩埚加盖构成一个半封闭的环境，然后放入到程序升温控制的马弗炉中，以10℃/min的升温速率将温度由室温升至500℃，并在此温度下保持2h。
第二步，将马弗炉的温度以2℃/min的升温速率升至520℃，并在此温度下继续保持2h，进行进一步的脱氨作用。待冷却至室温以后，将得到的产品放到玛瑙研钵中研磨，得到氮化碳粉末。
第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高纯水中，超声分散处理30min，使其分散均匀。
第四步，在剧烈搅拌的条件下，加入重量份为3份(0.582g)的五水合硝酸铋，充分搅拌至完全溶解。
第五步，加入与五水合硝酸铋等摩尔量的偏钒酸铵(0.14g)，室温下继续搅拌48h。
第六步，离心分离、洗涤、干燥后得到固体，充分研磨后，加入坩埚中，放入到程序控温的马弗炉中，在450℃条件下热处理4h。
第七步，冷却至室温后，将得到的样品研磨至粉末，便可得到最终产品。
图1为本实施例所制备的氮化碳纳米粒子修饰多孔钒酸铋复合光催化剂的扫描电子显微镜图(SEM)，我们可以看到，所得样品呈现多孔网状结构，由弯曲的纳米棒组成，纳米棒直径大约为100nm。
图2为本实施例1所制备的氮化碳纳米粒子修饰多孔钒酸铋复合光催化剂的透射电子电镜图，可以看出氮化碳纳米粒子的尺寸大约为5nm，氮化碳纳米粒子离散地结合到了多孔钒酸铋的表面，形成了清晰地界面，表明形成了优质的异质结结构。这样的离散分布有利于保证高活性的氮化碳与钒酸铋界面的充分暴露。
图3为本实施例1所制备氮化碳纳米粒子修饰多孔钒酸铋复合光催化剂的XRD衍射图谱，其中27.9°处的小峰归属于氮化碳，而其他峰则归属于单斜相钒酸铋，这说明两种物质都存在，并且钒酸铋的衍射峰比较尖锐，说明钒酸铋的结晶度非常好。
图4为本实施例所制备氮化碳纳米粒子修饰多孔钒酸铋复合光催化剂的红外谱图，通过对比可以看出，复合光催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质的震动峰，进一步证明了复合光催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质。
图5为本实施例所制备氮化碳纳米粒子修饰多孔钒酸铋复合光催化剂的紫外-可见吸收光谱图，可以看出该复合光催化剂具有良好的可见光响应性能，其吸收边位于530nm左右，说明该光催化剂可以用作良好的可见光催化剂。
图6为本实施例所制备氮化碳纳米粒子修饰多孔钒酸铋复合光催化剂的光催化性能测试曲线，所用MB染料浓度为10mg/L，复合光催化剂的用量为50mg,所用光是波长大于420nm的可见光。我们可以看出，在不加催化剂的光解反应实验或以商业化的P25为催化剂的试验中，在180min内MB浓度下降量比较小，而纯钒酸铋60min可降解54％，纯的氮化碳180min可以降解34％。本实施例制备的复合光催化剂在60min可降解96％的MB，显示出极为优异的光催化活性，说明该实施例制备的复合光催化剂可以应用于环境保护领域。
实施例2
第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩埚中，将坩埚加盖构成一个半封闭的环境，然后放入到程序升温控制的马弗炉中，以15℃/min的升温速率将温度由室温升至500℃，并在此温度下保持4h。
第二步，将马弗炉的温度以2℃/min的升温速率升至550℃，并在此温度下继续保持4h，进行进一步的脱氨作用。待冷却至室温以后，将得到的产品放到玛瑙研钵中研磨，得到氮化碳粉末。
第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高纯水中，超声分散处理30min，使其分散均匀。
第四步，在剧烈搅拌的条件下，加入重量份为3份(0.582g)的五水合硝酸铋，充分搅拌至完全溶解。
第五步，加入与五水合硝酸铋等摩尔量的偏钒酸铵(0.14g)，室温下继续搅拌48h。
第六步，离心分离、洗涤、干燥后得到固体，充分研磨后，加入坩埚中，放入到程序控温的马弗炉中，在500℃条件下热处理2h。
第七步，冷却至室温后，将得到的样品研磨至粉末，便可得到最终产品。
本实施例所制备样品通过扫描电子显微镜(SEM)表征结果，所得到的的样品呈现多孔网状结构，由弯曲的纳米棒组成，纳米棒直径大约为100nm。通过透射电子电镜图，可以看出氮化碳纳米粒子的尺寸大约为5nm，氮化碳纳米粒子离散地结合到了多孔钒酸铋的表面，形成了清晰地界面，表明形成了优质的异质结结构。这样的离散分布有利于保证高活性的氮化碳与钒酸铋界面的充分暴露。XRD衍射表征结果显示，在27.9°处出现小峰，可以归属于氮化碳相，而其他峰则归属于单斜相钒酸铋，这说明两种物质都存在，并且钒酸铋的衍射峰比较尖锐，说明钒酸铋的结晶度非常好。红外光谱表征结果表明复合催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质的震动峰，进一步证明了复合光催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质。紫外-可见吸收表征结果表明，复合光催化剂具有良好的可见光响应性能，其吸收边位于530nm左右，说明该光催化剂可以用作良好的可见光光催化剂。光催化降解实验所用MB染料浓度为10mg/L，复合光催化剂的用量为50mg,所用光是波长大于420nm的可见光。实验结果表明，光解以及商业性的P25，在180min内MB浓度下降量比较小，说明在此两种条件下MB不能被有效降解。用纯钒酸铋作为光催化剂，在180min可降解76％，用纯的氮化碳作为光催化剂，180min可以降解58％。对于本实施例制备的复合光催化剂在120min内可降解96％的MB，显示出极为优异的光催化活性，说明该实施例制备的复合光催化剂可以应用于环境保护领域。
实施例3
第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩埚中，将坩埚加盖构成一个半封闭的环境，然后放入到程序升温控制的马弗炉中，以5℃/min的升温速率将温度由室温升至490℃，并在此温度下保持3h。
第二步，将马弗炉的温度以2℃/min的升温速率升至540℃，并在此温度下继续保持3h，进行进一步的脱氨作用。待冷却至室温以后，将得到的产品放到玛瑙研钵中研磨，得到氮化碳粉末。
第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高纯水中，超声分散处理30min，使其分散均匀。
第四步，在剧烈搅拌的条件下，加入重量份为1份(0.194g)的五水合硝酸铋，充分搅拌至完全溶解。
第五步，加入与五水合硝酸铋等摩尔量的偏钒酸铵(0.0468g)，室温下继续搅拌24h。
第六步，离心分离、洗涤、干燥后得到固体，充分研磨后，加入坩埚中，放入到程序控温的马弗炉中，在450℃条件下热处理4h。
第七步，冷却至室温后，将得到的样品研磨至粉末，便可得到最终产品。
本实施例所制备样品通过扫描电子显微镜(SEM)表征结果，所得到的的样品呈现多孔网状结构，由弯曲的纳米棒组成，纳米棒直径大约为50nm。通过透射电子电镜图，可以看出氮化碳纳米粒子的尺寸大约为10nm，氮化碳纳米粒子离散地结合到了多孔钒酸铋的表面，形成了清晰地界面，表明形成了高质量的异质结结构。这样的离散分布有利于保证高活性的氮化碳与钒酸铋界面的充分暴露。XRD衍射表征结果显示，在27.9°处出现小峰，可以归属于氮化碳相，而其他峰则归属于单斜相钒酸铋，这说明两种物质都存在，并且钒酸铋的衍射峰比较尖锐，说明钒酸铋的结晶度非常好。红外光谱表征结果表明复合催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质的震动峰，进一步证明了复合光催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质。紫外-可见吸收表征结果表明，复合光催化剂具有良好的可见光响应性能，其吸收边位于520nm左右，说明该光催化剂可以用作良好的可见光光催化剂。光催化降解实验所用MB染料浓度为10mg/L，复合光催化剂的用量为50mg,所用光是波长大于420nm的可见光。实验结果表明，光解以及商业性的P25，在180min内MB浓度下降量比较小，说明在此两种条件下MB不能被有效降解。用纯钒酸铋作为光催化剂，在90min可降解67％，用纯的氮化碳作为光催化剂，90min可以降解47％。对于本实施例制备的复合光催化剂在90min内可降解91％的MB，显示出极为优异的光催化活性，说明该实施例制备的复合光催化剂可以应用于环境保护领域。
实施例4
第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩埚中，将坩埚加盖构成一个半封闭的环境，然后放入到程序升温控制的马弗炉中，以20℃/min的升温速率将温度由室温升至510℃，并在此温度下保持3h。
第二步，将马弗炉的温度以2℃/min的升温速率升至530℃，并在此温度下继续保持2h，进行进一步的脱氨作用。待冷却至室温以后，将得到的产品放到玛瑙研钵中研磨，得到氮化碳粉末。
第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高纯水中，超声分散处理30min，使其分散均匀。
第四步，在剧烈搅拌的条件下，加入重量份为2份(0.388g)的五水合硝酸铋，充分搅拌至完全溶解。
第五步，加入与五水合硝酸铋等摩尔量的偏钒酸铵(0.0936g)，室温下继续搅拌72h。
第六步，离心分离、洗涤、干燥后得到固体，充分研磨后，加入坩埚中，放入到程序控温的马弗炉中，在425℃条件下热处理6h。
第七步，冷却至室温后，将得到的样品研磨至粉末，便可得到最终产品。
本实施例所制备样品通过扫描电子显微镜(SEM)表征结果，所得到的的样品呈现多孔网状结构，由弯曲的纳米棒组成，纳米棒直径大约为80nm。通过透射电子电镜图，可以看出氮化碳纳米粒子的尺寸大约为8nm，氮化碳纳米粒子离散地结合到了多孔钒酸铋的表面，形成了清晰地界面，表明形成了高质量的异质结结构。这样的离散分布有利于保证高活性的氮化碳与钒酸铋界面的充分暴露。XRD衍射表征结果显示，在27.9°处出现小峰，可以归属于氮化碳相，而其他峰则归属于单斜相钒酸铋，这说明两种物质都存在，并且钒酸铋的衍射峰比较尖锐，说明钒酸铋的结晶度非常好。红外光谱表征结果表明复合催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质的震动峰，进一步证明了复合光催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质。紫外-可见吸收表征结果表明，复合光催化剂具有良好的可见光响应性能，其吸收边位于525nm左右，说明该光催化剂可以用作良好的可见光光催化剂。光催化降解实验所用MB染料浓度为10mg/L，复合光催化剂的用量为50mg,所用光是波长大于420nm的可见光。实验结果表明，光解以及商业性的P25，在180min内MB浓度下降量比较小，说明在此两种条件下MB不能被有效降解。用纯钒酸铋作为光催化剂，在120min可降解76％，用纯的氮化碳作为光催化剂，120min可以降解58％。对于本实施例制备的复合光催化剂在120min内可降解87％的MB，显示出极为优异的光催化活性，说明该实施例制备的复合光催化剂可以应用于环境保护领域。
实施例5
第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩埚中，将坩埚加盖构成一个半封闭的环境，然后放入到程序升温控制的马弗炉中，以10℃/min的升温速率将温度由室温升至490℃，并在此温度下保持2h。
第二步，将马弗炉的温度以2℃/min的升温速率升至550℃，并在此温度下继续保持2h，进行进一步的脱氨作用。待冷却至室温以后，将得到的产品放到玛瑙研钵中研磨，得到氮化碳粉末。
第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高纯水中，超声分散处理30min，使其分散均匀。
第四步，在剧烈搅拌的条件下，加入重量份为4份(0.776g)的五水合硝酸铋，充分搅拌至完全溶解。
第五步，加入与五水合硝酸铋等摩尔量的偏钒酸铵(0.187g)，室温下继续搅拌32h。
第六步，离心分离、洗涤、干燥后得到固体，充分研磨后，加入坩埚中，放入到程序控温的马弗炉中，在475℃条件下热处理3h。
第七步，冷却至室温后，将得到的样品研磨至粉末，便可得到最终产品。
本实施例所制备样品通过扫描电子显微镜(SEM)表征结果，所得到的的样品呈现多孔网状结构，由弯曲的纳米棒组成，纳米棒直径大约为120nm。通过透射电子电镜图，可以看出氮化碳纳米粒子的尺寸大约为6nm，氮化碳纳米粒子离散地结合到了多孔钒酸铋的表面，形成了清晰地界面，表明形成了高质量的异质结结构。这样的离散分布有利于保证高活性的氮化碳与钒酸铋界面的充分暴露。XRD衍射表征结果显示，在27.9°处出现小峰，可以归属于氮化碳相，而其他峰则归属于单斜相钒酸铋，这说明两种物质都存在，并且钒酸铋的衍射峰比较尖锐，说明钒酸铋的结晶度非常好。红外光谱表征结果表明复合催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质的震动峰，进一步证明了复合光催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质。紫外-可见吸收表征结果表明，复合光催化剂具有良好的可见光响应性能，其吸收边位于530nm左右，说明该光催化剂可以用作良好的可见光光催化剂。光催化降解实验所用MB染料浓度为10mg/L，复合光催化剂的用量为50mg,所用光是波长大于420nm的可见光。实验结果表明，光解以及商业性的P25，在180min内MB浓度下降量比较小，说明在此两种条件下MB不能被有效降解。用纯钒酸铋作为光催化剂，在90min可降解67％，用纯的氮化碳作为光催化剂，90min可以降解44％。对于本实施例制备的复合光催化剂在120min内可降解97％的MB，显示出极为优异的光催化活性，说明该实施例制备的复合光催化剂可以应用于环境保护领域。
实施例6
第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩埚中，将坩埚加盖构成一个半封闭的环境，然后放入到程序升温控制的马弗炉中，以12℃/min的升温速率将温度由室温升至510℃，并在此温度下保持4h。
第二步，将马弗炉的温度以2℃/min的升温速率升至520℃，并在此温度下继续保持4h，进行进一步的脱氨作用。待冷却至室温以后，将得到的产品放到玛瑙研钵中研磨，得到氮化碳粉末。
第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高纯水中，超声分散处理30min，使其分散均匀。
第四步，在剧烈搅拌的条件下，加入重量份为5份(0.97g)的五水合硝酸铋，充分搅拌至完全溶解。
第五步，加入与五水合硝酸铋等摩尔量的偏钒酸铵(0.234g)，室温下继续搅拌36h。
第六步，离心分离、洗涤、干燥后得到固体，充分研磨后，加入坩埚中，放入到程序控温的马弗炉中，在400℃条件下热处理5h。
第七步，冷却至室温后，将得到的样品研磨至粉末，便可得到最终产品。
本实施例所制备样品通过扫描电子显微镜(SEM)表征结果，所得到的的样品呈现多孔网状结构，由弯曲的纳米棒组成，纳米棒直径大约为150nm。通过透射电子电镜图，可以看出氮化碳纳米粒子的尺寸大约为6nm，氮化碳纳米粒子离散地结合到了多孔钒酸铋的表面，形成了清晰地界面，表明形成了高质量的异质结结构。这样的离散分布有利于保证高活性的氮化碳与钒酸铋界面的充分暴露。XRD衍射表征结果显示，在27.9°处出现小峰，可以归属于氮化碳相，而其他峰则归属于单斜相钒酸铋，这说明两种物质都存在，并且钒酸铋的衍射峰比较尖锐，说明钒酸铋的结晶度非常好。红外光谱表征结果表明复合催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质的震动峰，进一步证明了复合光催化剂中包含了钒酸铋和氮化碳两种物质。紫外-可见吸收表征结果表明，复合光催化剂具有良好的可见光响应性能，其吸收边位于530nm左右，说明该光催化剂可以用作良好的可见光光催化剂。光催化降解实验所用MB染料浓度为10mg/L，复合光催化剂的用量为50mg,所用光是波长大于420nm的可见光。实验结果表明，光解以及商业性的P25，在180min内MB浓度下降量比较小，说明在此两种条件下MB不能被有效降解。用纯钒酸铋作为光催化剂，在120min可降解76％，用纯的氮化碳作为光催化剂，120min可以降解58％。对于本实施例制备的复合光催化剂在120min内可降解88％的MB，显示出极为优异的光催化活性，说明该实施例制备的复合光催化剂可以应用于环境保护领域。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂，其特征在于，氮化碳纳米粒子离散地复合于多孔钒酸铋表面，所述氮化碳纳米粒子的粒径为5-10nm，所述多孔钒酸铋由弯曲的钒酸铋纳米棒构成，所述钒酸铋纳米棒的直径为50-150nm；
并且该复合光催化剂由如下方法制备而成：
(1)将三聚氰胺粉末加入到坩埚中，将坩埚加盖后放入程序升温控制的装置中，以5-20℃/min的升温速率升温至490-510℃，保持2-4h；然后继续升温至520-550℃，保持2-4h，得到氮化碳粉末；
(2)取重量份为15份的氮化碳粉末加入到高纯水中，超声分散处理至分散均匀；
(3)在步骤(2)得到的悬浊液中加入重量份为1-5份的五水合硝酸铋，充分搅拌至完全溶解；
(4)在步骤(3)得到的悬浊液中加入与所述五水合硝酸铋等摩尔量的偏钒酸铵，室温下继续搅拌24-72h；
(5)将步骤(4)得到的悬浊液离心分离、洗涤、干燥，得到固体样品；
(6)将步骤(5)得到的固体样品在400-500℃的条件下热处理2-6h；
(7)将步骤(6)得到的样品研磨成粉末，即得最终产品。
2.一种如权利要求1所述的氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：
(1)将三聚氰胺粉末加入到坩埚中，将坩埚加盖后放入程序升温控制的装置中，以5-20℃/min的升温速率升温至490-510℃，保持2-4h；然后继续升温至520-550℃，保持2-4h，得到氮化碳粉末；
(2)取重量份为15份的氮化碳粉末加入到高纯水中，超声分散处理至分散均匀；
(3)在步骤(2)得到的悬浊液中加入重量份为1-5份的五水合硝酸铋，充分搅拌至完全溶解；
(4)在步骤(3)得到的悬浊液中加入与所述五水合硝酸铋等摩尔量的偏钒酸铵，室温下继续搅拌24-72h；
(5)将步骤(4)得到的悬浊液离心分离、洗涤、干燥，得到固体样品；
(6)将步骤(5)得到的固体样品在400-500℃的条件下热处理2-6h；
(7)将步骤(6)得到的样品研磨成粉末，即得最终产品。
3.根据权利要求2所述的一种氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中以10-15℃/min的升温速率升温至500℃；然后继续升温至520℃。
4.根据权利要求2所述的一种氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的搅拌时间为24-36h。
5.根据权利要求2所述的一种氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)中的热处理温度为425-475℃。
6.根据权利要求2所述的一种氮化碳纳米粒子修饰钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)中的热处理时间为3-5h。
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Citations (1)
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| "G-C3N4/BiVO4 composites with enhanced and stable visible light photocatalystic activity";Yuexia Ji et al;《Journal of Alloys and Compounds》;20131214;第9-14页 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106492871A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-03-15 | 湖南大学 | 磷杂化石墨相氮化碳纳米片负载钒酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用 |
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