复合半导体光催化剂、制备及应用
【技术领域】
[0001]本发明属于无机功能材料制备技术领域，涉及一种光催化剂及其制备方法，特别是一种CdS/BiV04复合半导体光催化剂、制备及应用。
【背景技术】
[0002]目前人们开发的许许多多半导体光催化剂如T12、钽酸盐、铌酸盐等带隙较宽，使得光催化剂只有在紫外光范围才能发生响应，而太阳光总能量中仅有5%波长位于400nm以下的紫外光部分，显然不足以实现有效利用，同时我们知道太阳光能量主要集中可见光范围，一般波长为400-700nm，这部分能量占到总能量的43%左右。因此为提高太阳能利用率，最终实现光催化技术产业化应用，研制具有可见光响应的且转换效率较高的光催化剂势在必行。
[0003]单斜晶系BiVO4 是一种 η 型的半导体，文献(Lin, X., etal., Visible lightphotocatalytic activity of BiV04particles with different morphologies.SolidState Sciences, 2014.32:p.61-66.)报道了其制备的多种形貌的BiVO4，其禁带宽度在
2.07-2.21eV之间，因此它本身就是一类具有可见光响应的催化材料，常用水热法、固相法、超声化学法以及化学沉积法等合成单斜相BiV04。BiVO4的导带电位为0V，光生载流子极易复合，而且吸附反应物的性能较差，可见光活性得不到充分的利用.为了有效分离其光生电子-空穴对，增强吸附性能，常用金属掺杂或金属氧化物负载来改善BiVO4晶体的可见光利用率。
[0004]另外CdS是一种典型的I1- VI族半导体材料，属于直接带隙半导体化合物，CdS的禁带宽度为2.4eV，具有良好的发光性能和光电转换特性，在发光二级管、光电器件、太阳能电池、光催化、非线性光学等领域有着广泛的应用。但使用CdS单独作为光催化剂时，存在光腐蚀现象，降低了光生空穴的利用率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种设备简单、工艺简单、产品性能优异的CdS/BiV04复合半导体光催化剂及其制备方法。
[0006]实现本发明目的的技术解决方案为:
[0007]一种纳米光催化剂CdS/BiV04的制备方法，具体包括以下步骤:
[0008](I) BiVO4纳米粉体的制备
[0009]将Bi (NO3) 3.5H20溶于稀HNO3中，置于磁力搅拌器上搅拌30min ;将适量NH4VO3溶于NaOH溶液中，置于磁力搅拌器上搅拌30min ;将上述两溶液混合，置于磁力搅拌器上搅拌30min，将混合溶液转移至高压反应釜，调节pH，加热保温；取出自然冷却，将得到的溶液离心，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，在低于80°C下干燥，得到BiV04。
[0010](2)CdS/BiV04复合半导体的制备
[0011]称取适量CdCl2和Na2S.9Η20溶于20ml的去离子水中，将(I)中制得的BiVO4加入混合溶液中，置于磁力搅拌器上搅拌30min,然后转移至高压反应爸内衬中，再超声5min ；将混合溶液转移至高压反应釜，加热保温；取出自然冷却，将得到的溶液离心，用去离子水和无水乙醇洗涤，在低于80°C下干燥，得到CdS/BiV04。
[0012]在(I)中的稀HNO3的浓度为2-4mol/L，NaOH溶液浓度为2-5mol/L，加热温度140-180°C，时间 4-8h ；
[0013]在(2)中CdCl2与Na2S.9Η20物质的量比为I: (1.1-2)，所述称取的CdCl2与BiVO4物质的量比为1: (1-3)，加热温度140-180°C，时间3-5h
[0014]本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出效果:
[0015](I)原料简单，本发明以 Bi(NO3)3.5H20、NH4V03、CdCljP Na2S.9H20 为原料，未添加任何表面活性剂，降低了成本。
[0016](2)工艺简单，先制备出纯相BiVO4,然后直接将CdCl2和Na2S.9Η20溶于水溶液后经高压反应生长在BiVO4基体，在其上原位生长CdS纳米颗粒，不需经过前处理和后处理，工艺极为简单，易于操作，可调控性强。
[0017](3)CdS/BiV04复合半导体抑制了电子空穴的复合，对有机染料亚甲基蓝有很好的降解效果，对比纯相BiVO4，增加了其表面积，提高了对有机染料的吸附性能。
【附图说明】
[0018]图1本发明实施例1制备的CdS/BiV04复合半导体的X射线衍射图。
[0019]图2本发明实施例4制备的CdS/BiV04复合半导体的扫描电子显微镜图。
[0020]图3本发明对比例制备的纯相BiVO4光催化降解RhB效果图。
[0021]图4本发明实施例2制备的CdS/BiV04复合半导体光催化降解RhB效果图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，但是本发明的保护范围并不仅限于此。
[0023]实施例1
[0024]本发明CdS/BiV04复合半导体，其名义组分为X CdS/(1-x)BiVO4，其中X = 0.5，(X表示CdS占体系的摩尔百分比)，其具体制备步骤如下:
[0025]a)称取 1.4552gBi (NO3) 3.5H20 溶解于 4mol/L 的稀 HNO3 中，称取 0.351g NH4VO3溶解于2mol/L的NaOH溶液中，分别置于磁力搅拌器上搅拌30min，得到溶液A和B ;在不断搅拌的情况下将B溶液缓慢滴入A溶液中，继续搅拌30min，然后将混合溶液转移至高压反应爸，加入去离子水至反应内衬体积的80%，调节pH至5 ;加热至160°C，保温9h ;取出自然冷却，将得到的溶液离心，用去离子水和无水乙醇洗涤2-3次，在80°C下干燥，得到BiV04。
[0026]b)称取 0.183g CdCl2 和 0.264gNa2S.9Η20 溶解于 30ml 去离子水，称取 0.324g 步骤a中制得的BiVO4,置于磁力搅拌器上搅拌30min，然后将溶液转移至高压反应釜，加入去离子水至反应内衬体积的80%;加热至140°C，保温6h ;取出自然冷却，将得到的溶液离心，用去离子水和无水乙醇洗涤2-3次，在80°C下干燥，得到名义组分为X CdS/(1-x)BiVO4(x=0.5)的样品。
[0027]所制备样品的XRD图如图1所示，通过对X射线衍射图谱分析，第一步所制得的BiVO4为单斜相结构，复合CdS颗粒后，其主相结构并未改变。除BiVO4和CdS之外无其他杂峰。
[0028]实施例2
[0029]本发明CdS/BiV04复合半导体，其名义组分为X CdS/(1-x)BiVO4，其中X = 0.5，(X表示CdS占体系的摩尔百分比)，其具体制备步骤如下:
[0030]a)称取 1.4552gBi (NO3) 3.5Η20 溶解于 3mol/L 的稀 HNO3 中，称取 0.351g NH4VO3 溶解于3mol/L的NaOH溶液中，分别置于磁力搅拌器上搅拌30min，得到溶液A和B ;在不断搅拌的情况下将B溶液缓慢滴入A溶液中，继续搅拌30min，然后将混合溶液转移至高压反应釜，加入去离子水至反应内衬体积的80%，调节pH至5 ;加热至180°C，保温12h ;取出自然冷却，将得到的溶液离心，用去离子水和无水乙醇洗涤2-3次，在80°C下干燥，得到BiV04。
[0031]b)称取 0.183g CdCl2 和 0.264gNa2S.9Η20 溶解于 30ml 去离子水，称取 0.324g 步骤a中制得的BiVO4,置于磁力搅拌器上搅拌30min，然后将溶液转移至高压反应釜，加入去离子水至反应内衬体积的80%;加热至160°C，保温4h ;取出自然冷却，将得到的溶液离心，用去离子水和无水乙醇洗涤2-3次，在80°C下干燥，得到名义组分为X CdS/(1-x)BiVO4(x=0.5)的样品。
[0032]实施例3
[0033]本发明CdS/BiV04复合半导体，其名义组分为X CdS/(1-x)BiVO4，其中X = 0.4，(X表示CdS占体系的摩尔百分比)，其具体制备步骤如下:
[0034]a)称取 1.4552gBi (NO3) 3.5H20 溶解于 2mol/L 的稀 HNO3 中，称取 0.351g NH4VO3溶解于4mol/L的NaOH溶液中，分别置于磁力搅拌器上搅拌30min，得到溶液A和B ;在不断搅拌的情况下将B溶液缓慢滴入A溶液中，继续搅拌30min，然后将混合溶液转移至高压反应爸，加入去离子水至反应内衬体积的80%，调节pH至5 ;加热至160°C，保温9h ;取出