CN105148949A - 一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于半导体光催化技术领域，公开了一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法，该光催化剂由碘氧化铋和钒酸铋复合形成异质结构，钒酸铋纳米颗粒均匀分散于碘氧化铋纳米颗粒表面；制备方法是先将五水硝酸铋和柠檬酸溶于稀硝酸中并调节pH值，偏钒酸铵和柠檬酸溶于蒸馏水中并加热，两种溶液混合；将五水硝酸铋溶解到乙二醇中，碘化钾KI溶解到蒸馏水中，两种溶液混合后加入到上述混合溶液中，搅拌，陈化，烘干，煅烧，研磨而得。本发明合成的光催化剂具有典型的异质结构，有抑制电子-空穴再复合、有效促进载流子分离的特点，相比于单体钒酸铋光响应范围更宽，使其催化活性和稳定性更好。

Description

一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体光催化技术领域，具体的说，特别涉及一种异质结光催化剂及其制备方法。
背景技术
随着环境污染和能源短缺问题愈发严重，光催化技术由于其经济、环保、降解彻底等特点在空气净化、处理污水、杀菌、制氢等领域备受关注。以TiO2为代表的传统光催化材料因为稳定、价格低廉、无毒、催化活性好而受到广泛研究，然而，由于光催化剂的宽带隙能使其只能在紫外光区有催化活性的缺点，大大限制了在各个领域的应用。
钒酸铋是禁带宽度为2.2-2.4eV的非二氧化钛基可见光光催化材料，主要有三种晶体结构，分别为单斜白钨矿、四方白钨矿和四方锆石型。其中，单斜相白钨矿型的光催化活性最好，但由于吸附性较差导致其光生载流子的分离效率底。
目前，Co3O4/BiVO4、TiO2/BiVO4、BiVO4/Bi2O3、BiOCl/BiVO4、BiOBr/BiVO4等异质结构的光催化剂被成功合成。研究表明，复合后的催化剂能有效抑制电子-空穴的再复合，大大提高光催化活性。
卤氧化铋(BiOX,X＝Cl,Br,I)具有PbFCl型的高度各向异性层状结构，有较好的吸附性，同时BiOI的禁带宽度仅为1.76-1.85eV。
通过元素掺杂、半导体复合、光敏化等手段对仅在紫外光区响应的光材料进行改性，开发出高活性、宽光谱响应的光催化材料，提高催化剂的可见光利用率成为当前的研究热点。因此，基于光催化材料理论分析，BiOX与BiVO4复合具有优劣势互补的特点，从能带匹配角度看，易形成异质结光催化材料。
发明内容
本发明要解决的是以TiO2为代表的传统光催化剂仅能吸收紫外光而导致太阳能利用率差的技术问题，提供了一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂及其制备方法，该异质结光催化剂光吸收范围宽、可见光利用率高，具有促进光生载流子分离、有效提高电子迁移速率的特点，其光催化活性和稳定性更好，短时间内即可迅速降解罗丹明B染料，同时制备方法简单、安全、经济、环保。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，由摩尔比为0.05:1-1:1的碘氧化铋和钒酸铋复合形成异质结构，钒酸铋纳米颗粒均匀分散于碘氧化铋纳米颗粒表面，其中钒酸铋的物相为单斜白钨矿型。
所述碘氧化铋与所述钒酸铋的摩尔比为0.1:1-0.5:1。
一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂的制备方法，采用以下步骤进行：
(1)将Bi(NO3)3·5H2O和C6H8O7·H2O按照1:1-1:3的摩尔比溶于1mol/L稀硝酸中，加入氨水调节pH值至6.5-7.5，记为A溶液；
(2)将与步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3和与步骤(1)中所述C6H8O7·H2O等摩尔量的C6H8O7·H2O溶于蒸馏水中，记为B溶液；
(3)将B溶液在60-90℃加热条件下搅拌30-50min后，溶液变成墨绿色，再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
(4)称取摩尔量为0.05-1倍于步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O的Bi(NO3)3·5H2O，并溶解到乙二醇中，记为D溶液；
(5)将与步骤(4)中所述Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的KI溶解到蒸馏水中，记为E溶液；
(6)将D溶液和E溶液混合搅拌12-24小时后，加入到步骤(3)得到的C溶液中，持续搅拌6-14h至形成深蓝色凝胶，陈化24-48h，置于100-120℃烘箱中烘干，然后于300-400℃煅烧至成为固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂。
优选地，步骤(1)中Bi(NO3)3·5H2O和C6H8O7·H2O的摩尔比为1:2。
优选地，步骤(1)中的pH为7。
优选地，步骤(3)中的加热温度为80℃。
优选地，步骤(6)中混合搅拌时间为12-15h。
优选地，步骤(6)中陈化时间为24-36h。
优选地，步骤(6)中的煅烧温度为350℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明制备的BiOI/BiVO4光催化剂具有典型的异质结构，BiVO4、BiOI受到光照时，同时产生电子-空穴对，因为禁带宽度不同的差别，BiOI的光电子在内部电场的作用下会发生定向迁移到BiVO4的价带上，进而能够抑制电子-空穴的再复合，有效提高量子效率，异质结构满足高活性、宽光谱响应的要求。
(2)本发明制备的BiOI/BiVO4光催化剂光降解有机染料罗丹明B时，相比于单体钒酸铋BiVO4，光催化活性更好，稳定性更高。
(3)本发明的制备方法简单易操作，不需要大型、复杂的实验设备，成本低，环保，可应用于工业化。
附图说明
图1是实施例1、实施例2制备的BiOI/BiVO4异质结光催化剂的X射线衍射(XRD)谱图；
图2是实施例1制备的BiOI/BiVO4光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图像，参考单体BiVO4；
其中，(A)、(B)是参考的单体BiVO4，(C)、(D)是实施例1制备的BiOI/BiVO4异质结光催化剂；
图3是实施例1制备的BiOI/BiVO4异质结光催化剂的傅里叶红外光谱(FT-IR)分析图，参考纯BiOI和纯BiVO4；
图4是BiOI/BiVO4光催化剂异质结构的形成过程图；
图5是实施例1、实施例2制备的BiOI/BiVO4异质结光催化剂降解罗丹明B的去除率走势图，参考纯钒酸铋的降解曲线图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
以下实施例中采用的五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、偏钒酸铵(NH4VO3)、柠檬酸(C6H8O7·H2O)、硝酸(HNO3)、氨水(NH4OH)、碘化钾(KI)、乙二醇、罗丹明B(RhB)，均为分析纯。
实施例1
第一步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O和0.02mol(4.2g)C6H8O7·H2O溶于50mL1mol/L稀硝酸中，搅拌30min使其完全溶解，加入氨水调节pH值至7，记为A溶液；
第二步：取0.01mol(1.1698g)NH4VO3和0.02mol(4.2g)C6H8O7·H2O溶于50mL蒸馏水中，搅拌30min使其完全溶解，记为B溶液；
第三步：将B溶液在80℃加热条件下搅拌40min后，溶液会由橙黄色变成墨绿色，此时再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
第四步：取0.001mol(0.4851g)Bi(NO3)3·5H2O溶解到15ml乙二醇中，记为D溶液；
第五步：取0.001mol(0.166g)KI溶解到50mL蒸馏水中，记为E溶液；
第六步：将D溶液和E溶液混合搅拌15小时后，加入到第三步得到的C溶液中，持续搅拌10h后，将形成深蓝色凝胶，陈化32h，置于110℃烘箱中烘干，然后放入马弗炉中于350℃下煅烧3h至成团结块的固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂(BiOI/BiVO4的摩尔比＝0.1:1)。
由图1的X射线衍射(XRD)谱图可以看出，本实施例1所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在18.6°、28.6°、19°、28.98°、30.5°、34.5°、35.2°、40°、47.6°、53.7°等衍射角的位置上具有的特征峰均为单斜相白钨矿型的BiVO4吸收峰，说明掺入BiOI后，BiVO4的单斜相主体物相结构并没有发生改变；同时，光催化剂在衍射角为12.8°附近的位置检测到了BiOI的特征峰，结果表明合成的光催化剂中有碘氧化铋的存在。
由图2的扫描电子显微镜(SEM)图像可以看出，本实施例1所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，BiVO4纳米颗粒均匀覆盖在BiOI纳米颗粒的表面，两者充分接触、结合，形成复合结构，其分散性较好。
由图3的傅里叶变换红外光谱图(FT-IR)可以看出，本实施例1所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂同时拥有BiOI和BiVO4的特征峰，说明制备的光催化剂中BiVO4、BiOI仍保持原来的化合态，由于两者形成异质结结构，可以进一步促进电子-空穴的分离，更有助于光催化反应的进行，BiOI和BiVO4之间存在协同效应。
由图4的BiOI/BiVO4光催化剂异质结构的形成过程图可以清楚看到电子的迁移过程，BiVO4、BiOI受到光照时，同时产生电子-空穴对，因为禁带宽度不同的差别，BiOI的光电子在内部电场的作用下会发生定向迁移到BiVO4的价带上，进而能够有效抑制电子-空穴的再复合，提高量子效率，增强光催化剂的光催化活性。
本实施例1所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂的光催化性能可用降解罗丹明B染料来评价。光源为500w高压汞灯，罗丹明B溶液的浓度为10mg/L，称取本实施例1所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂250mg加入300mL反应瓶中，再加入10mg/L的罗丹明B溶液250mL。首先让催化剂在暗反应条件下充分吸附1h，达到吸附平衡；然后打开光源，预热5min后开始计时，每间隔10min取样分析，持续时间90min。图5所示的结果表明，在实验条件下，本实施例1所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在前10min内降解迅速，基本达到60％，30分钟后均高于90％，反应90min后，达到91.6％，远优于单体钒酸铋的催化活性，这是因为异质结构的形成可促进载流子的分离，有助于光催化反应的进行。
实施例2
第一步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O和0.02mol(4.2g)C6H8O7·H2O溶于50mL1mol/L稀硝酸中，搅拌30min使其完全溶解，加入氨水调节pH值至7.1，记为A溶液；
第二步：取0.01mol(1.1698g)NH4VO3和0.02mol(4.2g)C6H8O7·H2O溶于50mL蒸馏水中，搅拌30min使其完全溶解，记为B溶液；
第三步：将B溶液在80℃加热条件下搅拌40min后，溶液会由橙黄色变成墨绿色，此时再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
第四步：取0.005mol(2.4254g)Bi(NO3)3·5H2O溶解到20ml乙二醇中，记为D溶液；
第五步：取0.005mol(0.83g)KI溶解到50mL蒸馏水中，记为E溶液；
第六步：将D溶液和E溶液混合搅拌18小时后，加入到第三步得到的C溶液中，持续搅拌11h后，将形成深蓝色凝胶，陈化39h，置于110℃烘箱中烘干，然后放入马弗炉中于360℃下煅烧3h至成团结块的固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂(BiOI/BiVO4的摩尔比＝0.5:1)。
采用XRD、SEM、FT-IR等催化手段对本实施例2所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂进行表征分析。
由图1的X射线衍射(XRD)谱图可以看出，本实施例2所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在18.6°、28.6°、19°、28.98°、30.5°、34.5°、35.2°、40°、47.6°、53.7°等衍射角的位置上具有的特征峰均为单斜相白钨矿型的BiVO4吸收峰，说明掺入BiOI后，BiVO4的单斜相主体物相结构并没有发生改变；同时，光催化剂在衍射角为12.8°附近的位置检测到了BiOI的特征峰，结果表明合成的光催化剂中有碘氧化铋的存在。
扫描电子显微镜(SEM)图像可以看出，本实施例2所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，BiVO4纳米颗粒均匀覆盖在BiOI纳米颗粒的表面，两者充分接触、结合，形成复合结构，其分散性较好。
傅里叶变换红外光谱图(FT-IR)可以看出，本实施例2所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂同时拥有BiOI和BiVO4的特征峰，说明制备的光催化剂中BiVO4、BiOI仍保持原来的化合态，由于两者形成异质结结构，可以进一步促进电子-空穴的分离，更有助于光催化反应的进行，BiOI和BiVO4之间存在协同效应。
以纯钒酸铋的降解曲线为参考，利用本实施例2所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂光催化降解罗丹明B染料，由图5可知，在实验条件下，光催化剂在前10min内降解迅速，基本达到60％，30分钟后高于90％，反应90min后，达到94％，远优于单体钒酸铋的催化活性，这是因为异质结构的形成可提高电子的迁移速率，极大促进光催化反应的进行。
实施例3
第一步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O和0.01mol(2.1g)C6H8O7·H2O溶于40mL1mol/L稀硝酸中，搅拌20min使其完全溶解，加入氨水调节pH值至6.5，记为A溶液；
第二步：取0.01mol(1.1698g)NH4VO3和0.01mol(2.1g)C6H8O7·H2O溶于40mL蒸馏水中，搅拌20min使其完全溶解，记为B溶液；
第三步：将B溶液在60℃加热条件下搅拌50min后，溶液会由橙黄色变成墨绿色，此时再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
第四步：取0.0005mol(0.2425g)Bi(NO3)3·5H2O溶解到10ml乙二醇中，记为D溶液；
第五步：取0.0005mol(0.083g)KI溶解到40mL蒸馏水中，记为E溶液；
第六步：将D溶液和E溶液混合搅拌12小时后，加入到第三步得到的C溶液中，持续搅拌6h后，将形成深蓝色凝胶，陈化24h，置于100℃烘箱中烘干，然后放入马弗炉中于300℃下煅烧3h至成团结块的固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂(BiOI/BiVO4的摩尔比＝0.05:1)。
采用XRD、SEM、FT-IR等催化手段对本实施例3所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂进行表征分析。
X射线衍射(XRD)谱图可以看出，本实施例3所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在18.6°、28.6°、19°、28.98°、30.5°、34.5°、35.2°、40°、47.6°、53.7°等衍射角的位置上具有的特征峰均为单斜相白钨矿型的BiVO4吸收峰，说明掺入BiOI后，BiVO4的单斜相主体物相结构并没有发生改变；同时，光催化剂在衍射角为12.8°附近的位置检测到了BiOI的特征峰，结果表明合成的光催化剂中有碘氧化铋的存在。
扫描电子显微镜(SEM)图像可以看出，本实施例3所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，BiVO4纳米颗粒均匀覆盖在BiOI纳米颗粒的表面，两者充分接触、结合，形成复合结构，其分散性较好。
傅里叶变换红外光谱图(FT-IR)可以看出，本实施例3所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂同时拥有BiOI和BiVO4的特征峰，说明制备的光催化剂中BiVO4、BiOI仍保持原来的化合态，由于两者形成异质结结构，可以进一步促进电子-空穴的分离，更有助于光催化反应的进行，BiOI和BiVO4之间存在协同效应。
以纯钒酸铋的降解曲线为参考，利用本实施例3所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂光催化降解罗丹明B染料，在实验条件下，光催化剂在前10min内降解迅速，基本达到60％，反应90min后，达到90％，远优于单体钒酸铋的催化活性，这是因为异质结构的形成可提高电子的迁移速率，极大促进光催化反应的进行。
实施例4
第一步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O和0.03mol(6.3g)C6H8O7·H2O溶于60mL1mol/L稀硝酸中，搅拌40min使其完全溶解，加入氨水调节pH值至7.5，记为A溶液；
第二步：取0.01mol(1.1698g)NH4VO3和0.03mol(6.3g)C6H8O7·H2O溶于60mL蒸馏水中，搅拌40min使其完全溶解，记为B溶液；
第三步：将B溶液在90℃加热条件下搅拌30min后，溶液会由橙黄色变成墨绿色，此时再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
第四步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O溶解到25ml乙二醇中，记为D溶液；
第五步：取0.01mol(1.66g)KI溶解到60mL蒸馏水中，记为E溶液；
第六步：将D溶液和E溶液混合搅拌24小时后，加入到第三步得到的C溶液中，持续搅拌14h后，将形成深蓝色凝胶，陈化48h，置于120℃烘箱中烘干，然后放入马弗炉中于400℃下煅烧3h至成团结块的固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂(BiOI/BiVO4的摩尔比＝1:1)。
采用XRD、SEM、FT-IR等催化手段对本实施例4所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂进行表征分析。
X射线衍射(XRD)谱图可以看出，本实施例4所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在18.6°、28.6°、19°、28.98°、30.5°、34.5°、35.2°、40°、47.6°、53.7°等衍射角的位置上具有的特征峰均为单斜相白钨矿型的BiVO4吸收峰，说明掺入BiOI后，BiVO4的单斜相主体物相结构并没有发生改变；同时，光催化剂在衍射角为12.8°附近的位置检测到了BiOI的特征峰，结果表明合成的光催化剂中有碘氧化铋的存在。
扫描电子显微镜(SEM)图像可以看出，本实施例4所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，BiVO4纳米颗粒均匀覆盖在BiOI纳米颗粒的表面，两者充分接触、结合，形成复合结构，其分散性较好。
傅里叶变换红外光谱图(FT-IR)可以看出，本实施例4所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂同时拥有BiOI和BiVO4的特征峰，说明制备的光催化剂中BiVO4、BiOI仍保持原来的化合态，由于两者形成异质结结构，可以进一步促进电子-空穴的分离，更有助于光催化反应的进行，BiOI和BiVO4之间存在协同效应。
以纯钒酸铋的降解曲线为参考，利用本实施例4所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂光催化降解罗丹明B染料，在实验条件下，光催化剂在前10min内降解迅速，基本达到60％，反应90min后，达到91％，远优于单体钒酸铋的催化活性，这是因为异质结构的形成可提高电子的迁移速率，极大促进光催化反应的进行。
实施例5
第一步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O和0.01mol(2.1g)C6H8O7·H2O溶于45mL1mol/L稀硝酸中，搅拌25min使其完全溶解，加入氨水调节pH值至6.8，记为A溶液；
第二步：取0.01mol(1.1698g)NH4VO3和0.01mol(2.1g)C6H8O7·H2O溶于45mL蒸馏水中，搅拌25min使其完全溶解，记为B溶液；
第三步：将B溶液在70℃加热条件下搅拌45min后，溶液会由橙黄色变成墨绿色，此时再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
第四步：取0.001mol(0.4851g)Bi(NO3)3·5H2O溶解到15ml乙二醇中，记为D溶液；
第五步：取0.001mol(0.166g)KI溶解到45mL蒸馏水中，记为E溶液；
第六步：将D溶液和E溶液混合搅拌15小时后，加入到第三步得到的C溶液中，持续搅拌9h后，将形成深蓝色凝胶，陈化30h，置于105℃烘箱中烘干，然后放入马弗炉中于330℃下煅烧3h至成团结块的固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂(BiOI/BiVO4的摩尔比＝0.1:1)。
采用XRD、SEM、FT-IR等催化手段对本实施例5所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂进行表征分析。
X射线衍射(XRD)谱图可以看出，本实施例5所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在18.6°、28.6°、19°、28.98°、30.5°、34.5°、35.2°、40°、47.6°、53.7°等衍射角的位置上具有的特征峰均为单斜相白钨矿型的BiVO4吸收峰，说明掺入BiOI后，BiVO4的单斜相主体物相结构并没有发生改变；同时，光催化剂在衍射角为12.8°附近的位置检测到了BiOI的特征峰，结果表明合成的光催化剂中有碘氧化铋的存在。
扫描电子显微镜(SEM)图像可以看出，本实施例5所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，BiVO4纳米颗粒均匀覆盖在BiOI纳米颗粒的表面，两者充分接触、结合，形成复合结构，其分散性较好。
傅里叶变换红外光谱图(FT-IR)可以看出，本实施例5所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂同时拥有BiOI和BiVO4的特征峰，说明制备的光催化剂中BiVO4、BiOI仍保持原来的化合态，由于两者形成异质结结构，可以进一步促进电子-空穴的分离，更有助于光催化反应的进行，BiOI和BiVO4之间存在协同效应。
以纯钒酸铋的降解曲线为参考，利用本实施例5所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂光催化降解罗丹明B染料，在实验条件下，光催化剂在前10min内降解迅速，基本达到60％，反应90min后，达到90％，远优于单体钒酸铋的催化活性，这是因为异质结构的形成可提高电子的迁移速率，极大促进光催化反应的进行。
实施例6
第一步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O和0.03mol(6.3g)C6H8O7·H2O溶于55mL1mol/L稀硝酸中，搅拌35min使其完全溶解，加入氨水调节pH值至7.3，记为A溶液；
第二步：取0.01mol(1.1698g)NH4VO3和0.03mol(6.3g)C6H8O7·H2O溶于55mL蒸馏水中，搅拌35min使其完全溶解，记为B溶液；
第三步：将B溶液在80℃加热条件下搅拌40min后，溶液会由橙黄色变成墨绿色，此时再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
第四步：取0.005mol(2.4254g)Bi(NO3)3·5H2O溶解到20ml乙二醇中，记为D溶液；
第五步：取0.005mol(0.83g)KI溶解到55mL蒸馏水中，记为E溶液；
第六步：将D溶液和E溶液混合搅拌21小时后，加入到第三步得到的C溶液中，持续搅拌12h后，将形成深蓝色凝胶，陈化42h，置于115℃烘箱中烘干，然后放入马弗炉中于370℃下煅烧3h至成团结块的固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂(BiOI/BiVO4的摩尔比＝0.5:1)。
采用XRD、SEM、FT-IR等催化手段对本实施例6所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂进行表征分析。
X射线衍射(XRD)谱图可以看出，本实施例6所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在18.6°、28.6°、19°、28.98°、30.5°、34.5°、35.2°、40°、47.6°、53.7°等衍射角的位置上具有的特征峰均为单斜相白钨矿型的BiVO4吸收峰，说明掺入BiOI后，BiVO4的单斜相主体物相结构并没有发生改变；同时，光催化剂在衍射角为12.8°附近的位置检测到了BiOI的特征峰，结果表明合成的光催化剂中有碘氧化铋的存在。
扫描电子显微镜(SEM)图像可以看出，本实施例6所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，BiVO4纳米颗粒均匀覆盖在BiOI纳米颗粒的表面，两者充分接触、结合，形成复合结构，其分散性较好。
傅里叶变换红外光谱图(FT-IR)可以看出，本实施例6所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂同时拥有BiOI和BiVO4的特征峰，说明制备的光催化剂中BiVO4、BiOI仍保持原来的化合态，由于两者形成异质结结构，可以进一步促进电子-空穴的分离，更有助于光催化反应的进行，BiOI和BiVO4之间存在协同效应。
以纯钒酸铋的降解曲线为参考，利用本实施例6所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂光催化降解罗丹明B染料，在实验条件下，光催化剂在前10min内降解迅速，基本达到60％，反应90min后，达到93％，远优于单体钒酸铋的催化活性，这是因为异质结构的形成可提高电子的迁移速率，极大促进光催化反应的进行。
实施例7
第一步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O和0.01mol(2.1g)C6H8O7·H2O溶于40mL1mol/L稀硝酸中，搅拌20min使其完全溶解，加入氨水调节pH值至6.6，记为A溶液；
第二步：取0.01mol(1.1698g)NH4VO3和0.01mol(2.1g)C6H8O7·H2O溶于40mL蒸馏水中，搅拌20min使其完全溶解，记为B溶液；
第三步：将B溶液在65℃加热条件下搅拌45min后，溶液会由橙黄色变成墨绿色，此时再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
第四步：取0.0008mol(0.3881g)Bi(NO3)3·5H2O溶解到10ml乙二醇中，记为D溶液；
第五步：取0.0008mol(0.1328g)KI溶解到40mL蒸馏水中，记为E溶液；
第六步：将D溶液和E溶液混合搅拌14小时后，加入到第三步得到的C溶液中，持续搅拌8h后，将形成深蓝色凝胶，陈化27h，置于102℃烘箱中烘干，然后放入马弗炉中于320℃下煅烧3h至成团结块的固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂(BiOI/BiVO4的摩尔比＝0.08:1)。
采用XRD、SEM、FT-IR等催化手段对本实施例7所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂进行表征分析。
X射线衍射(XRD)谱图可以看出，本实施例7所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在18.6°、28.6°、19°、28.98°、30.5°、34.5°、35.2°、40°、47.6°、53.7°等衍射角的位置上具有的特征峰均为单斜相白钨矿型的BiVO4吸收峰，说明掺入BiOI后，BiVO4的单斜相主体物相结构并没有发生改变；同时，光催化剂在衍射角为12.8°附近的位置检测到了BiOI的特征峰，结果表明合成的光催化剂中有碘氧化铋的存在。
扫描电子显微镜(SEM)图像可以看出，本实施例7所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，BiVO4纳米颗粒均匀覆盖在BiOI纳米颗粒的表面，两者充分接触、结合，形成复合结构，其分散性较好。
傅里叶变换红外光谱图(FT-IR)可以看出，本实施例7所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂同时拥有BiOI和BiVO4的特征峰，说明制备的光催化剂中BiVO4、BiOI仍保持原来的化合态，由于两者形成异质结结构，可以进一步促进电子-空穴的分离，更有助于光催化反应的进行，BiOI和BiVO4之间存在协同效应。
以纯钒酸铋的降解曲线为参考，利用本实施例7所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂光催化降解罗丹明B染料，在实验条件下，光催化剂在前10min内降解迅速，基本达到60％，反应90min后，达到91％，远优于单体钒酸铋的催化活性，这是因为异质结构的形成可提高电子的迁移速率，极大促进光催化反应的进行。
实施例8
第一步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O和0.02mol(4.2g)C6H8O7·H2O溶于50mL1mol/L稀硝酸中，搅拌30min使其完全溶解，加入氨水调节pH值至6.9，记为A溶液；
第二步：取0.01mol(1.1698g)NH4VO3和0.02mol(4.2g)C6H8O7·H2O溶于50mL蒸馏水中，搅拌30min使其完全溶解，记为B溶液；
第三步：将B溶液在75℃加热条件下搅拌40min后，溶液会由橙黄色变成墨绿色，此时再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
第四步：取0.003mol(1.4552g)Bi(NO3)3·5H2O溶解到15ml乙二醇中，记为D溶液；
第五步：取0.003mol(0.498g)KI溶解到50mL蒸馏水中，记为E溶液；
第六步：将D溶液和E溶液混合搅拌16小时后，加入到第三步得到的C溶液中，持续搅拌10h后，将形成深蓝色凝胶，陈化33h，置于110℃烘箱中烘干，然后放入马弗炉中于350℃下煅烧3h至成团结块的固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂(BiOI/BiVO4的摩尔比＝0.3:1)。
采用XRD、SEM、FT-IR等催化手段对本实施例8所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂进行表征分析。
X射线衍射(XRD)谱图可以看出，本实施例8所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在18.6°、28.6°、19°、28.98°、30.5°、34.5°、35.2°、40°、47.6°、53.7°等衍射角的位置上具有的特征峰均为单斜相白钨矿型的BiVO4吸收峰，说明掺入BiOI后，BiVO4的单斜相主体物相结构并没有发生改变；同时，光催化剂在衍射角为12.8°附近的位置检测到了BiOI的特征峰，结果表明合成的光催化剂中有碘氧化铋的存在。
扫描电子显微镜(SEM)图像可以看出，本实施例8所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，BiVO4纳米颗粒均匀覆盖在BiOI纳米颗粒的表面，两者充分接触、结合，形成复合结构，其分散性较好。
傅里叶变换红外光谱图(FT-IR)可以看出，本实施例8所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂同时拥有BiOI和BiVO4的特征峰，说明制备的光催化剂中BiVO4、BiOI仍保持原来的化合态，由于两者形成异质结结构，可以进一步促进电子-空穴的分离，更有助于光催化反应的进行，BiOI和BiVO4之间存在协同效应。
以纯钒酸铋的降解曲线为参考，利用本实施例8所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂光催化降解罗丹明B染料，在实验条件下，光催化剂在前10min内降解迅速，基本达到60％，反应90min后，达到95％，远优于单体钒酸铋的催化活性，这是因为异质结构的形成可提高电子的迁移速率，极大促进光催化反应的进行。
实施例9
第一步：取0.01mol(4.8507g)Bi(NO3)3·5H2O和0.03mol(6.3g)C6H8O7·H2O溶于60mL1mol/L稀硝酸中，搅拌40min使其完全溶解，加入氨水调节pH值至7.4，记为A溶液；
第二步：取0.01mol(1.1698g)NH4VO3和0.03mol(6.3g)C6H8O7·H2O溶于60mL蒸馏水中，搅拌40min使其完全溶解，记为B溶液；
第三步：将B溶液在85℃加热条件下搅拌35min后，溶液会由橙黄色变成墨绿色，此时再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
第四步：取0.008mol(3.8806g)Bi(NO3)3·5H2O溶解到20ml乙二醇中，记为D溶液；
第五步：取0.008mol(1.328g)KI溶解到60mL蒸馏水中，记为E溶液；
第六步：将D溶液和E溶液混合搅拌22小时后，加入到第三步得到的C溶液中，持续搅拌12h后，将形成深蓝色凝胶，陈化45h，置于118℃烘箱中烘干，然后放入马弗炉中于380℃下煅烧3h至成团结块的固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂(BiOI/BiVO4的摩尔比＝0.8:1)。
采用XRD、SEM、FT-IR等催化手段对本实施例9所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂进行表征分析。
X射线衍射(XRD)谱图可以看出，本实施例9所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂在18.6°、28.6°、19°、28.98°、30.5°、34.5°、35.2°、40°、47.6°、53.7°等衍射角的位置上具有的特征峰均为单斜相白钨矿型的BiVO4吸收峰，说明掺入BiOI后，BiVO4的单斜相主体物相结构并没有发生改变；同时，光催化剂在衍射角为12.8°附近的位置检测到了BiOI的特征峰，结果表明合成的光催化剂中有碘氧化铋的存在。
扫描电子显微镜(SEM)图像可以看出，本实施例9所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，BiVO4纳米颗粒均匀覆盖在BiOI纳米颗粒的表面，两者充分接触、结合，形成复合结构，其分散性较好。
傅里叶变换红外光谱图(FT-IR)可以看出，本实施例9所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂同时拥有BiOI和BiVO4的特征峰，说明制备的光催化剂中BiVO4、BiOI仍保持原来的化合态，由于两者形成异质结结构，可以进一步促进电子-空穴的分离，更有助于光催化反应的进行，BiOI和BiVO4之间存在协同效应。
以纯钒酸铋的降解曲线为参考，利用本实施例9所制备的碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂光催化降解罗丹明B染料，在实验条件下，光催化剂在前10min内降解迅速，基本达到60％，反应90min后，达到92％，远优于单体钒酸铋的催化活性，这是因为异质结构的形成可提高电子的迁移速率，极大促进光催化反应的进行。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，其特征在于，由摩尔比为0.05:1-1:1的碘氧化铋和钒酸铋复合形成异质结构，钒酸铋纳米颗粒均匀分散于碘氧化铋纳米颗粒表面，其中钒酸铋的物相为单斜白钨矿型。
2.根据权利要求1所述的一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂，其特征在于，所述碘氧化铋与所述钒酸铋的摩尔比为0.1:1-0.5:1。
3.一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，采用以下步骤进行：
(1)将Bi(NO3)3·5H2O和C6H8O7·H2O按照1:1-1:3的摩尔比溶于1mol/L稀硝酸中，加入氨水调节pH值至6.5-7.5，记为A溶液；
(2)将与步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3和与步骤(1)中所述C6H8O7·H2O等摩尔量的C6H8O7·H2O溶于蒸馏水中，记为B溶液；
(3)将B溶液在60-90℃加热条件下搅拌30-50min后，溶液变成墨绿色，再缓慢加入A溶液，混合形成C溶液；
(4)称取摩尔量为0.05-1倍于步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O的Bi(NO3)3·5H2O，并溶解到乙二醇中，记为D溶液；
(5)将与步骤(4)中所述Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的KI溶解到蒸馏水中，记为E溶液；
(6)将D溶液和E溶液混合搅拌12-24小时后，加入到步骤(3)得到的C溶液中，持续搅拌6-14h至形成深蓝色凝胶，陈化24-48h，置于100-120℃烘箱中烘干，然后于300-400℃煅烧至成为固体，冷却后取出研磨，得到碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂。
4.根据权利要求3所述的一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中Bi(NO3)3·5H2O和C6H8O7·H2O的摩尔比为1:2。
5.根据权利要求3所述的一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的pH为7。
6.根据权利要求3所述的一种碘氧化铋-钒酸铋异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的加热温度为80℃。
7.根据权利要求3所述的一种碘氧化铋-钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)中混合搅拌时间为12-15h。
8.根据权利要求3所述的一种碘氧化铋-钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)中陈化时间为24-36h。
9.根据权利要求3所述的一种碘氧化铋-钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)中的煅烧温度为350℃。
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