CN107008250A - 一种石墨烯/(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，该过程中GO被还原成石墨烯(RGO)，最终得到RGO/(040)晶面BiVO4异质结。复合后RGO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RGO与(040)晶面BiVO4粉体复合，BiVO4受激发的电子定向转移到RGO表面发生光反应，有效的减少了电子‑空穴对的再复合，提高了量子效率，增强了其光催化活性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于功能材料领域，涉及一种RGO/(040)晶面BiVO4异质结及其制备方法和应用。
背景技术
BiVO4是一种应用广泛的半导体材料，在铁弹性材料、离子传导材料和颜料等领域有着广泛的应用。BiVO4具有三种晶相结构，即单斜白钨矿相，四方白钨矿相，四方锆石矿相。钒酸铋的物化性质与其晶相结构有着密切的关系。例如，钒酸铋作为一种典型的半导体材料，其带隙结构与晶相密切相关，单斜相钒酸铋的带隙为2.4eV，而四方相的钒酸铋的带隙为2.9eV。研究发现在BiVO4的三种晶相中，单斜白钨矿相的BiVO4具有最佳的光催化性能。这是因为，一方面单斜白钨矿相的BiVO4具有相对较小的带隙，吸收带可达到530nm左右，其利用可见光的性能优于其他两种晶相；另一方面，理论研究发现，单斜白钨矿相的BiVO4中存在的孤对电子使VO4多面体结构更加扭曲，导致结构不对称性增加，因此，单斜相BiVO4活性明显提高。
单斜相BiVO4作为一种可见光光催化剂，其研究主要从以下几个方面展开：(1)形貌的控制。利用不同的合成条件合成出各种形貌的BiVO4，比如球形纳米颗粒、多孔结构、纳米管、纳米等。一方面，形貌控制合成可以实现选择性暴露某些高活性晶面，从而有利于增加活性位的数量，从根本上提高其催化性能。另一方面，特定形貌有利于增加BiVO4比表面积，BiVO4比表面积较小，比表面积的增加对其光催化活性的提高具有重要意义。不但可以提高材料的吸附性能和光催化性能，而且纳米级BiVO4结构还可以减小光生电子和空穴由体相到表面的距离，从而减小其重组速率。(2)金属元素掺杂。BiVO4电子传导性能较差，体相复合速率较快，因此增加钒酸铋的电荷传输性能非常重要。(3)非金属元素掺杂。研究表明非金属元素掺杂同样可以增加电荷的分离效率，提高BiVO4光催化活性。(4)复合光催化剂的合成。复合光催化剂的形成有助于提高电荷的分离。对于BiVO4来说，有效促进电子与空穴的分离用效率具有重要意义。
迄今为止，利用微波水热法制备RGO/(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微波水热法制备RGO/(040)晶面BiVO4复合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结及其制备方法和应用，采用微波水热法，实现石墨烯(RGO)和(040)晶面BiVO4的复合，二者之间具有协同作用，形成的异质结结构能够有效促进光生电子的迁移，抑制电子-空穴对的再复合，能够提高BiVO4的光催化性能。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯/(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50～90min，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150～180℃下水热反应0.5～1.5h，反应结束后冷却至室温，将反应生成的沉淀洗涤、干燥，得到石墨烯/(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(3～5):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2～4mol/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％。
所述的石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法制得的石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结，所述石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中BiVO4的结构为单斜相，BiVO4的(040)晶面暴露且表面光滑，石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中BiVO4与RGO两相共存，形成异质结结构。
所述石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结在可见光照下的降解率是纯(040)晶面BiVO4粉体的3.9倍。
所述的石墨烯/(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，复合过程中GO被还原成石墨烯(RGO)，最终得到RGO/(040)晶面BiVO4异质结。该方法反应时间短，工艺流程简单，制得的粉体尺寸分布均匀且成本较低。本发明通过控制水热过程的工艺条件，制备出(040)高活性晶面暴露良好的单斜相BiVO4，能够提高BiVO4本身的性能，并利用RGO带隙宽度几乎为零、导电性高、比表面积大、吸附能力强、可作为良好的催化剂助剂等优点，将RGO和(040)晶面BiVO4进行复合，RGO和BiVO4具有良好的协同作用，RGO良好的导电性增加了催化剂表面的活性位点，有效促进光生电子的迁移，且二者之间形成异质结构，异质结构的形成有效促进光生载流子的分离效率，促进光生电子的迁移，抑制电子-空穴对的再复合，提高了催化剂的光催化活性和稳定性。本发明将导电性能优异的RGO与(040)晶面BiVO4复合，BiVO4受激发的电子定向转移到RGO表面发生光反应，有效的减少了电子-空穴对的再复合，提高了量子效率，增强了其光催化活性和稳定性。
本发明制备的氮化碳/氧化石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中，RGO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。复合后RGO和BiVO4两相共存，两者之间具有良好的协同作用，RGO良好的导电性增加了催化剂表面的活性位点，有效促进光生电子的迁移，且BiVO4与RGO形成了异质结构，BiVO4受激发的电子定向转移到RGO表面发生光反应，同时，价带上的空穴则可以很好的参与氧化反应来降解有机污染物，异质结构的形成有利于电子的传导，有效促进光生载流子的分离效率，从而提高(040)晶面BiVO4的光催化性能和稳定性。
进一步的，本发明制得的RGO/(040)晶面BiVO4异质结在可见光照180min后降解率可达52.56％以上，而纯(040)晶面BiVO4粉体在可见光照180min后的降解率仅为13.47％，复合后RGO/(040)晶面BiVO4异质结的降解率较纯(040)晶面BiVO4粉体提高了约3.9倍，极大的提高了(040)晶面BiVO4的光催化性能。本发明制得的RGO/(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RGO/(040)晶面BiVO4异质结的XRD图；
图2是本发明制备的RGO/(040)晶面BiVO4异质结FI-IR图；
图3是本发明制备的RGO/(040)晶面BiVO4异质结的光催化降解图。
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180℃下水热反应1.5h(水热釜的填充比为65％)，反应结束后自然冷却至室温，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RGO/(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90min，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160℃下水热反应1h(水热釜的填充比为65％)，反应结束后自然冷却至室温，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RGO/(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50％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4mol/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4mol/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180℃下水热反应0.5h(水热釜的填充比为65％)，反应结束后自然冷却至室温，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RGO/(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170℃下水热反应0.8h(水热釜的填充比为68％)，反应结束后自然冷却至室温，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RGO/(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3.8:1。
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3.5mol/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3.5mol/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150℃下水热反应1.2h(水热釜的填充比为68％)，反应结束后自然冷却至室温，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RGO/(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165℃下水热反应1h(水热釜的填充比为70％)，反应结束后自然冷却至室温，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RGO/(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155℃下水热反应1.5h(水热釜的填充比为70％)，反应结束后自然冷却至室温，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RGO/(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4.2:1。
图1是本发明制备的RGO/(040)晶面BiVO4异质结的XRD图谱，从图中可知复合后无其它结构的特征峰出现，表明RGO的加入并没有改变BiVO4的物相，BiVO4仍为单斜相，在2θ＝11°左右的位置上没有出现RGO的吸收峰，可能是相对于BiVO4，其特征峰较弱。
图2是本发明制备的RGO/(040)晶面BiVO4异质结的FT-IR图谱，可以看出GO原先在1050、1220、1620、1730cm-1处的吸收峰消失，仍然保留1540cm-1和3450cm-1处吸收峰，这说明GO已被还原为RGO，成功制备了RGO/(040)晶面BiVO4异质结。
图3是本发明制备的RGO/(040)晶面BiVO4异质结光催化降解罗丹明B的降解曲线图，可以看出RGO/(040)晶面BiVO4异质结在可见光照180min后其降解率可达52.56％，纯(040)晶面BiVO4粉体的降解率仅为13.47％，RGO/(040)晶面BiVO4异质结的降解率比纯(040)晶面BiVO4粉体的降解率增加了约3.9倍，说明RGO的加入提高了(040)晶面BiVO4的光催化性能。
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50～90min，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150～180℃下水热反应0.5～1.5h，反应结束后冷却至室温，将反应生成的沉淀洗涤、干燥，得到石墨烯/(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(3～5):1。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/(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2～4mol/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中任意一项所述的石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结的制备方法制得的石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结，其特征在于，所述石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中BiVO4的结构为单斜相，BiVO4的(040)晶面暴露且表面光滑，石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结中BiVO4与RGO两相共存，形成异质结结构。
9.根据权利要求8所述的石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结，其特征在于：所述石墨烯/(040)晶面钒酸铋异质结在可见光照下的降解率是纯(040)晶面BiVO4粉体的3.9倍。
10.权利要求8或9所述的石墨烯/(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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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108359462A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-08-03 | 兰州大学 | 一种钒酸铋量子点及其制备方法、还原氧化石墨烯气凝胶材料及其制备方法以及光催化剂 |
| CN108855078A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-23 | 陕西科技大学 | 一种Ag-(010)晶面BiVO4@RGO光催化剂及其制备方法 |
| CN110227557A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-09-13 | 湖南大学 | 磷酸银和聚苯胺协同改性的钒酸铋三元复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103771396A (zh) * | 2012-10-23 | 2014-05-07 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种石墨烯材料及其制备方法与电化学电容器 |
| CN104001496A (zh) * | 2014-06-11 | 2014-08-27 | 福州大学 | 一种BiVO4纳米片复合型光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN104852069A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-08-19 | 宁波工程学院 | 一种自支撑磺酸功能化表面带孔氧化石墨烯纸的制备方法及其应用 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103771396A (zh) * | 2012-10-23 | 2014-05-07 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种石墨烯材料及其制备方法与电化学电容器 |
| CN104001496A (zh) * | 2014-06-11 | 2014-08-27 | 福州大学 | 一种BiVO4纳米片复合型光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN104852069A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-08-19 | 宁波工程学院 | 一种自支撑磺酸功能化表面带孔氧化石墨烯纸的制备方法及其应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 吴慧: "基于pH值的氧化石墨烯的性质调控与环氧过程研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
| 马占营等: "溶液浓度对低温水热制备BiVO4形貌及光催化性能的影响", 《功能材料》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108359462A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-08-03 | 兰州大学 | 一种钒酸铋量子点及其制备方法、还原氧化石墨烯气凝胶材料及其制备方法以及光催化剂 |
| CN108855078A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-23 | 陕西科技大学 | 一种Ag-(010)晶面BiVO4@RGO光催化剂及其制备方法 |
| CN108855078B (zh) * | 2018-05-30 | 2021-06-04 | 陕西科技大学 | 一种Ag-(010)晶面BiVO4@RGO光催化剂及其制备方法 |
| CN110227557A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-09-13 | 湖南大学 | 磷酸银和聚苯胺协同改性的钒酸铋三元复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN110227557B (zh) * | 2019-05-20 | 2021-04-20 | 湖南大学 | 磷酸银和聚苯胺协同改性的钒酸铋三元复合光催化剂及其制备方法和应用 |
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