復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑、制備及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光催化劑及其制備方法，特別是一種CdS/BiV04復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑、制備及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前人們開(kāi)發(fā)的許許多多半導(dǎo)體光催化劑如T12、鉭酸鹽、鈮酸鹽等帶隙較寬，使得光催化劑只有在紫外光范圍才能發(fā)生響應(yīng)，而太陽(yáng)光總能量中僅有5%波長(zhǎng)位于400nm以下的紫外光部分，顯然不足以實(shí)現(xiàn)有效利用，同時(shí)我們知道太陽(yáng)光能量主要集中可見(jiàn)光范圍，一般波長(zhǎng)為400-700nm，這部分能量占到總能量的43%左右。因此為提高太陽(yáng)能利用率，最終實(shí)現(xiàn)光催化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，研制具有可見(jiàn)光響應(yīng)的且轉(zhuǎn)換效率較高的光催化劑勢(shì)在必行。
[0003]單斜晶系BiVO4 是一種 η 型的半導(dǎo)體，文獻(xiàn)(Lin, X., etal., Visible lightphotocatalytic activity of BiV04particles with different morphologies.SolidState Sciences, 2014.32:p.61-66.)報(bào)道了其制備的多種形貌的BiVO4，其禁帶寬度在
2.07-2.21eV之間，因此它本身就是一類(lèi)具有可見(jiàn)光響應(yīng)的催化材料，常用水熱法、固相法、超聲化學(xué)法以及化學(xué)沉積法等合成單斜相BiV04。BiVO4的導(dǎo)帶電位為0V，光生載流子極易復(fù)合，而且吸附反應(yīng)物的性能較差，可見(jiàn)光活性得不到充分的利用.為了有效分離其光生電子-空穴對(duì)，增強(qiáng)吸附性能，常用金屬摻雜或金屬氧化物負(fù)載來(lái)改善BiVO4晶體的可見(jiàn)光利用率。
[0004]另外CdS是一種典型的I1- VI族半導(dǎo)體材料，屬于直接帶隙半導(dǎo)體化合物，CdS的禁帶寬度為2.4eV，具有良好的發(fā)光性能和光電轉(zhuǎn)換特性，在發(fā)光二級(jí)管、光電器件、太陽(yáng)能電池、光催化、非線性光學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但使用CdS單獨(dú)作為光催化劑時(shí)，存在光腐蝕現(xiàn)象，降低了光生空穴的利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品性能優(yōu)異的CdS/BiV04復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑及其制備方法。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0007]一種納米光催化劑CdS/BiV04的制備方法，具體包括以下步驟:
[0008](I) BiVO4納米粉體的制備
[0009]將Bi (NO3) 3.5H20溶于稀HNO3中，置于磁力攪拌器上攪拌30min ;將適量NH4VO3溶于NaOH溶液中，置于磁力攪拌器上攪拌30min ;將上述兩溶液混合，置于磁力攪拌器上攪拌30min，將混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜，調(diào)節(jié)pH，加熱保溫；取出自然冷卻，將得到的溶液離心，用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，在低于80°C下干燥，得到BiV04。
[0010](2)CdS/BiV04復(fù)合半導(dǎo)體的制備
[0011]稱(chēng)取適量CdCl2和Na2S.9Η20溶于20ml的去離子水中，將(I)中制得的BiVO4加入混合溶液中，置于磁力攪拌器上攪拌30min,然后轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)爸內(nèi)襯中，再超聲5min ；將混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜，加熱保溫；取出自然冷卻，將得到的溶液離心，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，在低于80°C下干燥，得到CdS/BiV04。
[0012]在(I)中的稀HNO3的濃度為2-4mol/L，NaOH溶液濃度為2-5mol/L，加熱溫度140-180°C，時(shí)間 4-8h ；
[0013]在(2)中CdCl2與Na2S.9Η20物質(zhì)的量比為I: (1.1-2)，所述稱(chēng)取的CdCl2與BiVO4物質(zhì)的量比為1: (1-3)，加熱溫度140-180°C，時(shí)間3-5h
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出效果:
[0015](I)原料簡(jiǎn)單，本發(fā)明以 Bi(NO3)3.5H20、NH4V03、CdCljP Na2S.9H20 為原料，未添加任何表面活性劑，降低了成本。
[0016](2)工藝簡(jiǎn)單，先制備出純相BiVO4,然后直接將CdCl2和Na2S.9Η20溶于水溶液后經(jīng)高壓反應(yīng)生長(zhǎng)在BiVO4基體，在其上原位生長(zhǎng)CdS納米顆粒，不需經(jīng)過(guò)前處理和后處理，工藝極為簡(jiǎn)單，易于操作，可調(diào)控性強(qiáng)。
[0017](3)CdS/BiV04復(fù)合半導(dǎo)體抑制了電子空穴的復(fù)合，對(duì)有機(jī)染料亞甲基藍(lán)有很好的降解效果，對(duì)比純相BiVO4，增加了其表面積，提高了對(duì)有機(jī)染料的吸附性能。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1本發(fā)明實(shí)施例1制備的CdS/BiV04復(fù)合半導(dǎo)體的X射線衍射圖。
[0019]圖2本發(fā)明實(shí)施例4制備的CdS/BiV04復(fù)合半導(dǎo)體的掃描電子顯微鏡圖。
[0020]圖3本發(fā)明對(duì)比例制備的純相BiVO4光催化降解RhB效果圖。
[0021]圖4本發(fā)明實(shí)施例2制備的CdS/BiV04復(fù)合半導(dǎo)體光催化降解RhB效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。
[0023]實(shí)施例1
[0024]本發(fā)明CdS/BiV04復(fù)合半導(dǎo)體，其名義組分為X CdS/(1-x)BiVO4，其中X = 0.5，(X表示CdS占體系的摩爾百分比)，其具體制備步驟如下:
[0025]a)稱(chēng)取 1.4552gBi (NO3) 3.5H20 溶解于 4mol/L 的稀 HNO3 中，稱(chēng)取 0.351g NH4VO3溶解于2mol/L的NaOH溶液中，分別置于磁力攪拌器上攪拌30min，得到溶液A和B ;在不斷攪拌的情況下將B溶液緩慢滴入A溶液中，繼續(xù)攪拌30min，然后將混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)爸，加入去離子水至反應(yīng)內(nèi)襯體積的80%，調(diào)節(jié)pH至5 ;加熱至160°C，保溫9h ;取出自然冷卻，將得到的溶液離心，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌2-3次，在80°C下干燥，得到BiV04。
[0026]b)稱(chēng)取 0.183g CdCl2 和 0.264gNa2S.9Η20 溶解于 30ml 去離子水，稱(chēng)取 0.324g 步驟a中制得的BiVO4,置于磁力攪拌器上攪拌30min，然后將溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜，加入去離子水至反應(yīng)內(nèi)襯體積的80%;加熱至140°C，保溫6h ;取出自然冷卻，將得到的溶液離心，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌2-3次，在80°C下干燥，得到名義組分為X CdS/(1-x)BiVO4(x=0.5)的樣品。
[0027]所制備樣品的XRD圖如圖1所示，通過(guò)對(duì)X射線衍射圖譜分析，第一步所制得的BiVO4為單斜相結(jié)構(gòu)，復(fù)合CdS顆粒后，其主相結(jié)構(gòu)并未改變。除BiVO4和CdS之外無(wú)其他雜峰。
[0028]實(shí)施例2
[0029]本發(fā)明CdS/BiV04復(fù)合半導(dǎo)體，其名義組分為X CdS/(1-x)BiVO4，其中X = 0.5，(X表示CdS占體系的摩爾百分比)，其具體制備步驟如下:
[0030]a)稱(chēng)取 1.4552gBi (NO3) 3.5Η20 溶解于 3mol/L 的稀 HNO3 中，稱(chēng)取 0.351g NH4VO3 溶解于3mol/L的NaOH溶液中，分別置于磁力攪拌器上攪拌30min，得到溶液A和B ;在不斷攪拌的情況下將B溶液緩慢滴入A溶液中，繼續(xù)攪拌30min，然后將混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜，加入去離子水至反應(yīng)內(nèi)襯體積的80%，調(diào)節(jié)pH至5 ;加熱至180°C，保溫12h ;取出自然冷卻，將得到的溶液離心，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌2-3次，在80°C下干燥，得到BiV04。
[0031]b)稱(chēng)取 0.183g CdCl2 和 0.264gNa2S.9Η20 溶解于 30ml 去離子水，稱(chēng)取 0.324g 步驟a中制得的BiVO4,置于磁力攪拌器上攪拌30min，然后將溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜，加入去離子水至反應(yīng)內(nèi)襯體積的80%;加熱至160°C，保溫4h ;取出自然冷卻，將得到的溶液離心，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌2-3次，在80°C下干燥，得到名義組分為X CdS/(1-x)BiVO4(x=0.5)的樣品。
[0032]實(shí)施例3
[0033]本發(fā)明CdS/BiV04復(fù)合半導(dǎo)體，其名義組分為X CdS/(1-x)BiVO4，其中X = 0.4，(X表示CdS占體系的摩爾百分比)，其具體制備步驟如下:
[0034]a)稱(chēng)取 1.4552gBi (NO3) 3.5H20 溶解于 2mol/L 的稀 HNO3 中，稱(chēng)取 0.351g NH4VO3溶解于4mol/L的NaOH溶液中，分別置于磁力攪拌器上攪拌30min，得到溶液A和B ;在不斷攪拌的情況下將B溶液緩慢滴入A溶液中，繼續(xù)攪拌30min，然后將混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)爸，加入去離子水至反應(yīng)內(nèi)襯體積的80%，調(diào)節(jié)pH至5 ;加熱至160°C，保溫9h ;取出