CN106964336B - 一种氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结及其制备方法和应用，先通过水热法合成(040)晶面BiVO4粉体，再通过水热法将(040)晶面BiVO4粉体与氧化石墨烯(GO)复合，得到GO/(040)晶面BiVO4异质结。复合后GO与(040)晶面BiVO4两相共存，且两相共同生长。该方法将导电性能优异的GO作为载体与(040)晶面BiVO4粉体复合，GO纳米层状结构承托BiVO4的结构，增强其结构稳定性，且GO为电子传输提供通道，提高了导电性，使光BiVO4的催化性能得到增强。
Description
技术领域
本发明属于功能材料领域，涉及一种GO/(040)晶面BiVO4异质结及其制备方法和应用。
背景技术
钒酸铋，化学式为BiVO4，是作为一种颜料和铁电体来被科学家研究的，近年来光催化材料的研究越来越受到关注。主要是由层状Bi-V-O单元平行于C轴方向堆积而成，类似于Bi2O3和VO5二元构造物。BiVO4有三种结构，结构决定性质，不同结构的BiVO4光催化性能不同，其中单斜相BiVO4被发现在可见光区有很好的光催化活性，其原因是由于O2p、Bi6p、Bi6s这三个轨道的杂化，由于Bi6s轨道的加入使得单斜相BiVO4的价带顶端电子明显偏移其电子轨道，从而，其光响应范围变宽，禁带宽度较四方相明显变窄，这对其在可见光区的吸收有很好的促进作用。制备BiVO4的方法包括高温-固相反应法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、化学浴沉积法、有机金属分解法、水热法等，其中水热法由于具有反应条件温和可控的特点而被广泛应用于纳米粉体的合成。目前多采用传统水热的方法合成单斜相BiVO4且合成的BiVO4多为不规则的晶体，电子-空穴对容易发生复合。因此，通过控制合成条件来达到高活性晶面的优先暴露将是非常有意义的研究工作，通过暴露特定的活性晶面，不仅使得光催化剂的活性提高，而且可以实现电子-空穴对在晶面间的转移，这在将很大程度上提高单斜相BiVO4的可见光光催化性能。
迄今为止，利用水热法制备GO/(040)晶面BiVO4复合物的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过水热法制备GO/(040)晶面BiVO4复合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结及其制备方法和应用，采用水热法进行反应，有效合成了GO/(040)晶面BiVO4异质结，GO的加入增大了复合材料的比表面积，同时也提高了催化剂的分散程度，提高了光生载流子的分离和电子的迁移率，进而提高BiVO4的光催化活性。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将Bi(NO3)3·5H2O溶于稀HNO3中，搅拌至澄清，然后加入NH4VO3，搅拌50～80min，形成前驱液A；其中Bi(NO3)3·5H2O与NH4VO3的摩尔比为1:1；
步骤2，将前驱液A在70～90℃下水热反应13～16h，制得(040)晶面BiVO4沉淀，将该沉淀洗涤、干燥，得到(040)晶面BiVO4粉体；
步骤3，将氧化石墨烯溶于乙醇水溶液中，超声分散并搅拌均匀，然后加入稀硝酸，超声分散并搅拌均匀，再加入NaOH溶液，超声分散并搅拌均匀，得到GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为(0.35～0.7):1:1；
步骤4，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体加入GO溶液中，搅拌30～60min形成前驱液B，将前驱液B在60～90℃下水热反应3～11h，反应结束后冷却至室温，将反应生成的沉淀洗涤、干燥，得到氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为(3～6):1。
所述步骤1中前驱液A中Bi3+的浓度为0.1～0.3mol/L，稀HNO3的浓度为1～3mol/L。
所述步骤2和步骤4中的干燥是在60～80℃恒温干燥8～10h。
所述步骤3中GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.01～0.02g/mL。
所述步骤3中稀硝酸和NaOH溶液的浓度为1～3mol/L，稀硝酸和NaOH溶液的加入速度为1～3滴/秒。
所述步骤3中每次超声分散并搅拌均匀，均是先在40～60℃下以80～100W的功率超声分散60～80min，再搅拌10～30min。
所述步骤3中乙醇水溶液的体积分数为40～60％。
所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法制得的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结，所述氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中BiVO4的结构为单斜相，空间结构群为I2/a，BiVO4的(040)晶面暴露且表面光滑，氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中BiVO4与GO两相共存，形成异质结结构。
所述氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结光照后的电荷转移电阻R比纯(040)晶面BiVO4粉体的R值减小了1.53倍。
所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结在光催化降解有机污染物方面的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，先通过水热法合成(040)晶面BiVO4粉体，再通过水热法将(040)晶面BiVO4粉体与氧化石墨烯(GO)复合，得到GO/(040)晶面BiVO4异质结。(040)高活性晶面的暴露使BiVO4的光催化性能得到很大程度的提高，随着着水热时间的延长，晶体发育越完整，具有越良好的结构稳定性，GO的加入增大了复合材料的比表面积，同时也提高催化剂的分散程度，提高光生载流子的分离和电子的迁移率，进而提高光催化活性。GO作为光催化剂的载体，利用其规整的二维平面结构可以提高催化剂的分散程度且增大了复合材料的比表面积；GO和(040)晶面BiVO4粉体两者之间形成异质结，能够提高(040)晶面BiVO4的光催化性能。本发明采用水热法将(040)晶面BiVO4粉体与氧化石墨烯复合，GO巨大的比表面积和优良的导电性能不仅提高(040)晶面BiVO4粉体的分散度，还可以加快电荷迁移速率，同时抑制光生电子和空穴的复合，从而提高(040)晶面BiVO4粉体的光催化性能。本发明中将导电性能优异的GO作为载体与(040)晶面BiVO4粉体复合，GO纳米层状结构承托BiVO4的结构，增强其结构稳定性，且GO为电子传输提供通道，提高了导电性，使BiVO4的光催化性能得到增强。
本发明制备的氮化碳/氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中，GO的引入并没有改变BiVO4的物相，仍为单斜相，纯度高，晶体发育完整，(040)晶面暴露良好，具有良好的结构稳定性。GO与BiVO4的有效复合，不仅增大了复合材料的比表面积，同时也提高催化剂的分散程度，有助于(040)晶面BiVO4颗粒的分散，有利于电子-空穴对的分离，能够提高光生载流子的分离和电子的迁移率。复合后GO与(040)晶面BiVO4两相共存，两者之间具有协同作用。GO和(040)晶面BiVO4之间形成了异质结，有利于电子的传导，有效促进光生载流子的分离效率，从而提高(040)晶面BiVO4的光催化性能。
进一步的，本发明制得的GO/(040)晶面BiVO4异质结光照后的电荷转移电阻R为4.15×106Ω，而纯(040)晶面BiVO4粉体的R为6.35×106Ω，复合后GO/(040)晶面BiVO4异质结的电荷转移电阻R值较纯(040)晶面BiVO4粉体的减小了约1.53倍，说明GO的加入有效的促进了BiVO4中光生载流子的传输及分离，提高了载流子的浓度，提高了(040)晶面BiVO4的光催化性能，所制得的GO/(040)晶面BiVO4异质结具有良好的离子电导、空穴传导以及光氧化反应的潜力，有利于实现其在光催化、光电转换等功能材料领域的应用。
附图说明
图1是本发明制备的GO/(040)晶面BiVO4异质结的XRD衍射图谱；
图2是本发明制备的GO/(040)晶面BiVO4异质结的SEM图谱；
图3是本发明制备的GO/(040)晶面BiVO4异质结的Raman图谱；
图4是本发明制备的GO/(040)晶面BiVO4异质结的交流阻抗图谱。
具体实施方式
下面结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明做进一步描述，原料均为分析纯。
实施例1：
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于1mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌60min，形成前驱液A，前驱液A中Bi3+的浓度为0.2mol/L；
步骤2，前驱液A在80℃下水热反应15h后制得(040)晶面BiVO4沉淀，该沉淀经醇洗、水洗后，在70℃恒温干燥9h，得到(040)晶面BiVO4粉体；
步骤3，将采用改良的Hummers法制备好的氧化石墨烯(GO)溶于体积分数为50％的乙醇水溶液中，50℃下以100W的功率超声分散60min，搅拌10min，然后以1滴/秒的速度加入2mol/L的HNO3，50℃下以100W的功率超声60min，搅拌10min，再以1滴/秒的速度加入2mol/L的NaOH溶液，50℃下以100W的功率超声60min，搅拌10min，得GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为0.5:1:1，GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.02g/mL；
步骤4，在搅拌条件下，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体缓慢加入GO溶液中，在室温下搅拌60min直至完全溶解，形成前驱液B，将前驱液B在80℃下水热反应11h，将反应生成的沉淀依次用无水乙醇和去离子水洗涤，再在70℃下干燥10h，得到GO/(040)晶面BiVO4异质结；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为4:1。
实施例2：
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于1.8mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌55min，形成前驱液A，前驱液A中Bi3+的浓度为0.18mol/L；
步骤2，前驱液A在78℃下水热反应13.5h后制得(040)晶面BiVO4沉淀，该沉淀经醇洗、水洗后，在72℃恒温干燥9h，得到(040)晶面BiVO4粉体；
步骤3，将制备好的氧化石墨烯(GO)溶于体积分数为40％的乙醇水溶液中，40℃下以80W的功率超声分散72min，搅拌15min，然后以2滴/秒的速度加入3mol/L的HNO3，40℃下以80W的功率超声72min，搅拌15min，再以2滴/秒的速度加入3mol/L的NaOH溶液，40℃下以80W的功率超声72min，搅拌15min，得GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为0.35:1:1，GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.01g/mL；
步骤4，在搅拌条件下，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体缓慢加入GO溶液中，在室温下搅拌50min直至完全溶解，形成前驱液B，将前驱液B在70℃下水热反应9h，将反应生成的沉淀依次用无水乙醇和去离子水洗涤，再在60℃下干燥9.5h，得到GO/(040)晶面BiVO4异质结；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为3:1。
实施例3：
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于1.2mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌75min，形成前驱液A，前驱液A中Bi3+的浓度为0.22mol/L；
步骤2，前驱液A在82℃下水热反应14.5h后制得(040)晶面BiVO4沉淀，该沉淀经醇洗、水洗后，在68℃恒温干燥9h，得到(040)晶面BiVO4粉体；
步骤3，将制备好的氧化石墨烯(GO)溶于体积分数为45％的乙醇水溶液中，45℃下以90W的功率超声分散75min，搅拌20min，然后以3滴/秒的速度加入1mol/L的HNO3，45℃下以90W的功率超声75min，搅拌20min，再以3滴/秒的速度加入1mol/L的NaOH溶液，45℃下以90W的功率超声75min，搅拌20min，得GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为0.7:1:1，GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.014g/mL；
步骤4，在搅拌条件下，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体缓慢加入GO溶液中，在室温下搅拌40min直至完全溶解，形成前驱液B，将前驱液B在75℃下水热反应7h，将反应生成的沉淀依次用无水乙醇和去离子水洗涤，再在80℃下干燥8h，得到GO/(040)晶面BiVO4异质结；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为5:1。
实施例4：
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于1.5mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌50min，形成前驱液A，前驱液A中Bi3+的浓度为0.25mol/L；
步骤2，前驱液A在85℃下水热反应14h后制得(040)晶面BiVO4沉淀，该沉淀经醇洗、水洗后，在75℃恒温干燥8.5h，得到(040)晶面BiVO4粉体；
步骤3，将制备好的氧化石墨烯(GO)溶于体积分数为55％的乙醇水溶液中，55℃下以85W的功率超声分散68min，搅拌25min，然后以1.5滴/秒的速度加入2.5mol/L的HNO3，55℃下以85W的功率超声68min，搅拌25min，再以1.5滴/秒的速度加入2.5mol/L的NaOH溶液，55℃下以85W的功率超声68min，搅拌25min，得GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为0.55:1:1，GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.015g/mL；
步骤4，在搅拌条件下，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体缓慢加入GO溶液中，在室温下搅拌55min直至完全溶解，形成前驱液B，将前驱液B在85℃下水热反应5h，将反应生成的沉淀依次用无水乙醇和去离子水洗涤，再在65℃下干燥9h，得到GO/(040)晶面BiVO4异质结；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为6:1。
实施例5：
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于2.5mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌70min，形成前驱液A，前驱液A中Bi3+的浓度为0.15mol/L；
步骤2，前驱液A在75℃下水热反应15.5h后制得(040)晶面BiVO4沉淀，该沉淀经醇洗、水洗后，在65℃恒温干燥9.5h，得到(040)晶面BiVO4粉体；
步骤3，将制备好的氧化石墨烯(GO)溶于体积分数为60％的乙醇水溶液中，60℃下以95W的功率超声分散70min，搅拌30min，然后以2.5滴/秒的速度加入1.5mol/L的HNO3，60℃下以95W的功率超声70min，搅拌30min，再以2.5滴/秒的速度加入1.5mol/L的NaOH溶液，60℃下以95W的功率超声70min，搅拌30min，得GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为0.4:1:1，GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.016g/mL；
步骤4，在搅拌条件下，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体缓慢加入GO溶液中，在室温下搅拌45min直至完全溶解，形成前驱液B，将前驱液B在90℃下水热反应3h，将反应生成的沉淀依次用无水乙醇和去离子水洗涤，再在75℃下干燥9h，得到GO/(040)晶面BiVO4异质结；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为3.5:1。
实施例6
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于2mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌80min，形成前驱液A，前驱液A中Bi3+的浓度为0.1mol/L；
步骤2，前驱液A在70℃下水热反应16h后制得(040)晶面BiVO4沉淀，该沉淀经醇洗、水洗后，在60℃恒温干燥10h，得到(040)晶面BiVO4粉体；
步骤3，将制备好的氧化石墨烯(GO)溶于体积分数为52％的乙醇水溶液中，52℃下以100W的功率超声分散65min，搅拌12min，然后以1.2滴/秒的速度加入2.2mol/L的HNO3，52℃下以100W的功率超声65min，搅拌12min，再以1.2滴/秒的速度加入2.2mol/L的NaOH溶液，52℃下以100W的功率超声65min，搅拌12min，得GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为0.6:1:1，GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.012g/mL；
步骤4，在搅拌条件下，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体缓慢加入GO溶液中，在室温下搅拌35min直至完全溶解，形成前驱液B，将前驱液B在60℃下水热反应10h，将反应生成的沉淀依次用无水乙醇和去离子水洗涤，再在72℃下干燥8.5h，得到GO/(040)晶面BiVO4异质结；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为4.5:1。
实施例7
步骤1，将6mmoL Bi(NO3)3·5H2O在搅拌条件下以均匀缓慢的速度溶于3mol/L的HNO3溶液中，搅拌30min待溶液澄清后缓慢加入6mmoL NH4VO3，搅拌65min，形成前驱液A，前驱液A中Bi3+的浓度为0.3mol/L；
步骤2，前驱液A在90℃下水热反应13h后制得(040)晶面BiVO4沉淀，该沉淀经醇洗、水洗后，在80℃恒温干燥8h，得到(040)晶面BiVO4粉体；
步骤3，将制备好的氧化石墨烯(GO)溶于体积分数为48％的乙醇水溶液中，48℃下以90W的功率超声分散80min，搅拌18min，然后以1.8滴/秒的速度加入2.8mol/L的HNO3，48℃下以90W的功率超声80min，搅拌18min，再以1.8滴/秒的速度加入2.8mol/L的NaOH溶液，48℃下以90W的功率超声80min，搅拌18min，得GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为0.45:1:1，GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.018g/mL；
步骤4，在搅拌条件下，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体缓慢加入GO溶液中，在室温下搅拌30min直至完全溶解，形成前驱液B，将前驱液B在65℃下水热反应8h，将反应生成的沉淀依次用无水乙醇和去离子水洗涤，再在68℃下干燥10h，得到GO/(040)晶面BiVO4异质结；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为5.5:1。
图1是本发明制备的GO/(040)晶面BiVO4异质结的XRD衍射图谱，所制的BiVO4为单斜相，(JCPDS.NO14-0688)，空间结构群为I2/a，且(040)特征峰比较尖锐，具有良好的结晶性能，说明制得了发育完好的纯相BiVO4晶体。由于GO的为纳米级薄片，从XRD图谱中不能看到GO的衍射峰。
图2是本发明制备的GO/(040)晶面BiVO4异质结的SEM图谱，(040)晶面BiVO4是一些细颗粒晶体，晶粒尺寸较小，有明显的颗粒团聚现象。GO与(040)晶面BiVO4紧密地结合在一起，有助于BiVO4颗粒的分散，有利于电子-空穴对的有效分离。
图3是本发明制备的GO/(040)晶面BiVO4异质结的Raman图谱，从图中可以看出，在850cm-1处出现了V-O的伸缩振动峰，在140cm-1处Bi3+的晶格振动峰，1600cm-1处明显的出现了代表sp2杂化的G峰，G峰代表的是C原子sp2杂化的面内伸缩振动，在1300cm-1处代表sp3杂化的D峰几乎观察不到，D峰代表的是C原子晶格的缺陷，说明成功制备了的GO/(040)晶面BiVO4异质结。
图4是本发明制备的GO/(040)晶面BiVO4异质结的交流阻抗图，使用的电路模型为R(Q(R(RC)))，从图中可知，GO/(040)晶面BiVO4异质结和(040)晶面BiVO4粉体的Nyquist点圆弧半径光照前后都发生显著的变化，光照后的曲率半径明显小于暗光条件的样品。其中电荷转移电阻(R)是主要的研究对象，从表1可知GO/(040)晶面BiVO4异质结的R为4.15×106Ω，纯(040)晶面BiVO4粉体的R为6.35×106Ω，GO/(040)晶面BiVO4异质结的R值比纯(040)晶面BiVO4粉体的R值减小约1.53倍，这表明GO的加入有效的促进了BiVO4电极中光生载流子的传输及分离，提高了载流子的浓度。
表1本发明制备的GO/(040)晶面BiVO4异质结的ZsimpWin拟合数据
以上所述内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将Bi(NO3)3·5H2O溶于稀HNO3中，搅拌至澄清，然后加入NH4VO3，搅拌50～80min，形成前驱液A；其中Bi(NO3)3·5H2O与NH4VO3的摩尔比为1:1；
步骤2，将前驱液A在70～90℃下水热反应13～16h，制得(040)晶面BiVO4沉淀，将该沉淀洗涤、干燥，得到(040)晶面BiVO4粉体；
步骤3，将氧化石墨烯溶于乙醇水溶液中，超声分散并搅拌均匀，然后加入稀硝酸，超声分散并搅拌均匀，再加入NaOH溶液，超声分散并搅拌均匀，得到GO溶液；其中氧化石墨烯与加入的稀硝酸中HNO3以及NaOH溶液中NaOH的摩尔比为(0.35～0.7):1:1；
步骤4，将制备好的(040)晶面BiVO4粉体加入GO溶液中，搅拌30～60min形成前驱液B，将前驱液B在60～90℃下水热反应3～11h，反应结束后冷却至室温，将反应生成的沉淀洗涤、干燥，得到氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结；其中加入的(040)晶面BiVO4粉体与GO溶液中GO的质量比为(3～6):1。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，其特征在于，所述步骤1中前驱液A中Bi3+的浓度为0.1～0.3mol/L，稀HNO3的浓度为1～3mol/L。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，其特征在于，所述步骤2和步骤4中的干燥是在60～80℃恒温干燥8～10h。
4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，其特征在于，所述步骤3中GO溶液中氧化石墨烯的浓度为0.01～0.02g/mL。
5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，其特征在于，所述步骤3中稀硝酸和NaOH溶液的浓度为1～3mol/L，稀硝酸和NaOH溶液的加入速度为1～3滴/秒。
6.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，其特征在于，所述步骤3中每次超声分散并搅拌均匀，均是先在40～60℃下以80～100W的功率超声分散60～80min，再搅拌10～30min。
7.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法，其特征在于，所述步骤3中乙醇水溶液的体积分数为40～60％。
8.权利要求1-7中任意一项所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法制得的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结，其特征在于，所述氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中BiVO4的结构为单斜相，空间结构群为I2/a，BiVO4的(040)晶面暴露且表面光滑，氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中BiVO4与GO两相共存，形成异质结结构。
9.根据权利要求8所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结，其特征在于：所述氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结光照后的电荷转移电阻R比纯(040)晶面BiVO4粉体的R值减小了1.53倍。
10.权利要求8或9所述的氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结在光催化降解有机污染物方面的应用。
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| 基于pH值的氧化石墨烯的性质调控与环氧过程研究;吴慧;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20150215(第2期);参见第3.2.2节 |
| 溶液浓度对低温水热制备BiVO4形貌及光催化性能的影响;马占营等;《功能材料》;20131231;第44卷(第13期);参见第2.1节，第4节 |
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