一种Bi2VO5/TiO2/Bi2O2CO3双二元异质结复合催化剂及其制备方法和应用

本发明属于纳米复合材料和光催化，具体涉及一种bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、催化技术指利用光催化剂对光能进行吸收和转化，使其参与诸如有机物降解、水分解、二氧化碳还原、有机合成等一系列反应的技术。由于这类反应只需消耗光能作为能源而无需其它类型的能源输入，因此若能实现稳定的太阳光驱动光催化反应，则该项技术有望成为低成本且绿色可持续发展的关键技术。

2、其中光催化降解四环素是以其绿色、污染较少且副产物较少易于分离等特性，成为化学特别是催化研究的重要课题。由于tio2具有高效、无毒、廉价等优点，最常被用于制造有机污染物光催化降解过程中的电荷载体，但由于带隙宽和电子-空穴分离效率较低限制了实际应用。bi2o2co3作为一种典型的层状bi基半导体材料，由于其化学稳定性和独特的化学性质，被认为是一种优异的半导体光催化剂。然而，传统的bi2o2co3光催化剂的光生电子和空穴的分离效率较低，限制了光催化的实际应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一中bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂及其制备方法和应用，并将用于光催化降解四环素反应。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂，利用一步水热法将tio2纳米棒和bi2vo5纳米颗粒分别沉积在bi2o2co3纳米片上，形成tio2/bi2o2co3和bi2vo5/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂，所述tio2/bi2o2co3和bi2vo5/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂中tio2的(101)晶面和bi2vo5的(111)晶面分别与bi2o2co3的(110)紧密接触。

4、进一步地，所述tio2纳米棒的尺寸为61.9-108.3nm，所述片状bi2o2co3的尺寸为243.6-83.2nm，所述bi2vo5的尺寸为6.6-14.3nm。

5、进一步地，所述bi2o2co3、所述tio2和所述bi2vo5的摩尔比为2-4:13-15:2-4。

6、优选地，所述bi2o2co3、所述tio2和所述bi2vo5的摩尔为3:14:3。

7、第二方面，本发明提供了一种bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：

8、以钛酸钾纳米线为前驱体，在尿素水溶液中，加入bi(no3)3·5h2o和nh4vo3，采用一步水热法合成了bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合光催化剂；

9、其中，所述bi(no3)3·5h2o在所述尿素溶液中成核生长形成bi2o2co3纳米片，所述钛酸钾纳米线原位生长形成tio2纳米棒并沉积在所述bi2o2co3纳米片上，同时，所述nh4vo3和所述bi(no3)3·5h2o反应生成的bi2vo5颗粒也沉积在所述bi2o2co3纳米片上。

10、进一步地，上述技术方案中，具体包括如下步骤：

11、(1)将所述钛酸钾纳米线前驱体与所述尿素溶液混合后超声得到前驱液；

12、(2)向所述前驱液中加入所述bi(no3)3·5h2o和所述nh4vo3，搅拌均匀后，在180-220℃下反应14-18h，经水洗、离心、干燥，得到bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合光催化剂。

13、进一步地，上述技术方案中，所述钛酸钾纳米线前驱体的制备方法，包括如下步骤：

14、室温下，将p25(二氧化钛p25的简称)与氢氧化钾水溶液混合均匀后，在190-210℃的条件下反应22-26h，分离产物中的固体，用水洗涤至固体至中性，烘干，即得。

15、进一步地，上述技术方案中，所述钛酸钾纳米线前驱体、所述bi(no3)3·5h2o和所述nh4vo3的摩尔比为1.6-2：0.4-0.6：0.1-0.3。

16、第三方面，本发明提供了上述的复合催化剂在光催化降解四环素中的应用。

17、有益效果：

18、本发明以钛酸钾纳米线为前驱体，利用一步水热法合理构筑了bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合光催化剂，利用bi2vo5纳米颗粒和tio2纳米棒分别生长在bi2o2co3纳米片上来构筑异质界面。tio2的(101)晶面和bi2vo5的(111)晶面分别与bi2o2co3的(110)紧密接触，构筑了双二元异质界面。二氧化钛和碳酸氧铋、钒酸铋和碳酸氧铋彼此耦合能够诱导光生电子和空穴在三个半导体之间传递，进而提高了光生电子和空穴的分离效率，异质界面的相互协同，促进了光生电子和空穴的分离和传递，提升了催化反应性能。

19、本发明的bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂在光催化降解四环素中表现了增强的光催化活性，光照时间为1.5h后，其光降解了62％的四环素，对四环素具有较高的光催化降解活性。

20、本发明构筑了bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂体系，利用异质界面的相互协同，促进了光生电子和空穴的分离和传递，实现了光催化高效降解四环素。

技术特征：

1.一种bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂，其特征在于，利用一步水热法将tio2纳米棒和bi2vo5纳米颗粒分别沉积在bi2o2co3纳米片上，形成tio2/bi2o2co3和bi2vo5/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂，所述tio2/bi2o2co3和bi2vo5/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂中tio2的(101)晶面和bi2vo5的(111)晶面分别与bi2o2co3的(110)紧密接触。

2.根据权利要求1所述的bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂，其特征在于，所述tio2纳米棒的尺寸为61.9-108.3nm，所述bi2o2co3纳米片的尺寸为243.6-83.2nm，所述bi2vo5纳米颗粒的尺寸为6.6-14.3nm。

3.根据权利要求1所述的bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂，其特征在于，所述bi2o2co3、所述tio2和所述bi2vo5的摩尔比为2-4:13-15:2-4。

4.根据权利要求3所述的bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂，其特征在于，所述bi2o2co3、所述tio2和所述bi2vo5的摩尔为3:14:3。

5.一种权利要求1-4中任意一项所述的bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述钛酸钾纳米线前驱体的制备方法，包括如下步骤：

8.根据权利要求6所述的bi2vo5/tio2/bi2o2co3双二元异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述钛酸钾纳米线前驱体、所述bi(no3)3·5h2o和所述nh4vo3的摩尔比为1.6-2：0.4-0.6：0.05-0.15。

9.一种权利要求1-4任意一项所述的复合催化剂或权利要求5-8任意一项所述的制备方法制备的复合催化剂在光催化降解四环素中的应用。

技术总结
本发明公开了一种Bi<subgt;2</subgt;VO<subgt;5</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;双二元异质结复合催化剂及其制备方法和应用，属于纳米复合材料和光催化技术领域。TiO<subgt;2</subgt;纳米棒和Bi<subgt;2</subgt;VO<subgt;5</subgt;纳米颗粒分别沉积在Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;纳米片上，形成TiO<subgt;2</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;和Bi<subgt;2</subgt;VO<subgt;5</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;双二元异质结复合催化剂，TiO<subgt;2</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;和Bi<subgt;2</subgt;VO<subgt;5</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;双二元异质结复合催化剂中TiO<subgt;2</subgt;的(101)晶面和Bi<subgt;2</subgt;VO<subgt;5</subgt;的(111)晶面分别与Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;的(110)紧密接触。本发明的催化剂在光催化降解四环素反应中，表现出优异的催化性能，在光照时间为1.5h，其四环素降解率为62％。

技术研发人员：史全全,巩霞,孙雁鑫
受保护的技术使用者：内蒙古农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4