一种p‑n异质结BiVO4/MoS2复合光催化剂及其制备方法与流程

本发明属于光催化剂及染料废水降解技术领域，具体涉及一种p-n异质结BiVO₄-MoS₂复合光催化剂及其制备方法。

背景技术：

在过去的几十年里，光催化已经被应用于解决能源和环境污染问题，比如：太阳能的转换和污染物的去除。但是，许多光催化剂只能利用太阳光的紫外光的部分，而那一部分仅占太阳能的3%-5%，而可见光的贡献率达43%之多，所以对紫外可见光有所响应的紫外-可见光催化剂受到更多学者的广泛关注，逐渐成为光催化研究领域的一个热点。纳米光催化剂（BiVO₄）具有可见光催化活性，在处理难降解有机废水方面具有良好的应用前景。但是它依然存在一些缺陷，比如分离电子-空穴对能力差、比表面积小和表面吸附能力差等，极大地限制了BiVO₄光催化剂的应用。因而，对它的实际应用能力进一步研究是十分必要的。半导体材料按照它载流子特征可分为n型半导体、p型半导体和本征半导体。而n型、p型半导体都属于掺杂半导体，而它们的不同在于：n型半导体主要向半导体导带输送电子，从而形成以电子为多子的结构；而p型半导体主要接受半导体价带电子，形成以空穴为多子的结构。因此p型的BiVO₄的部分缺陷可以通过与n型的MoS₂的掺杂得到优化。据报道MoS₂还具有比表面积大和吸附能力强的优点，这些都将极大地优化BiVO₄的应用性能。

受益于两者独特的结构特征，本专利对p-n异质结光催化剂BiVO₄/MoS₂进行了研究，蝴蝶状的BiVO₄在与花状的MoS₂掺杂后，对可见光区的响应有明显的增强，光催化性能也得到了优化，目前尚没有该方面的相关报道。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种操作简单且环境友好的用于高效降解染料废水的p-n异质结BiVO₄/MoS₂复合光催化剂及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种p-n异质结BiVO₄/MoS₂复合光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将0.7g NH₄VO₃和2.9g Bi(NO₃)₃加入到50mL摩尔浓度为2.0mol/L的硝酸溶液中，然后超声30min；

（2）用氨水将步骤（1）得到的溶液pH值调至2形成黄色沉淀，然后将其陈化2h；

（3）将步骤（2）得到的悬浮液转移到聚四氟乙烯衬垫的高压水热反应釜中于200℃水热反应24h，然后自然冷却至室温经过滤，水和乙醇各洗三次之后，置于恒温干燥箱中于80℃干燥12h得到蝴蝶状的BiVO₄光催化剂；

（4）将0.047-0.19g (NH₄)₆MoO₇O₂₄·4H₂O和0.37-1.48g硫脲加入到水中搅拌30min得到墨绿色溶液；

（5）向步骤（4）得到的墨绿色溶液中加入0.12g步骤（3）制得的BiVO₄光催化剂，然后转移到水热反应釜中于200℃保持24h，最后自然冷却，离心，水和乙醇各洗三次，80℃干燥12h得到BiVO₄/MoS₂复合光催化剂。

进一步优选，步骤（4）中所述(NH₄)₆MoO₇O₂₄·4H₂O的用量优选为0.093g，对应硫脲的用量优选为0.74g，制得的BiVO₄/MoS₂复合光催化剂中MoS₂的质量百分含量为10%，在光照下降解浓度为10mg/L的罗丹明B染料废水5h的降解率为97.6%。

本发明所述的p-n异质结BiVO₄-MoS₂复合光催化剂，其特征在于是由上述方法制备得到的。

本发明制备的BiVO₄/MoS₂复合光催化剂有很好的催化性能，在光照的条件下，能够高效降解高浓度的染料废水，在降解有机污染物的处理技术中有潜在的应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例1-6制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂的UV-Vis吸收光谱图；

图2是本发明实施例1制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂的SEM图；

图3是本发明实施例2制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂的SEM图；

图4是本发明实施例3制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂的SEM图；

图5是本发明实施例4制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂的SEM图；

图6是本发明实施例5制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂的SEM图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

（1）将0.7g NH₄VO₃和2.9g Bi(NO₃)₃加入到50mL摩尔浓度为2.0mol/L的硝酸溶液中，然后超声30min；

（2）用氨水将步骤（1）得到的溶液pH值调至2形成黄色沉淀，然后将其陈化2h；

（3）将步骤（2）得到的悬浮液转移到聚四氟乙烯衬垫的高压水热反应釜中于200℃水热反应24h，然后自然冷却至室温经过滤，水和乙醇各洗三次之后，置于恒温干燥箱中于80℃干燥12h得到蝴蝶状的BiVO₄光催化剂，标记为BV。

本实施例制得的BiVO₄光催化剂在光照下降解10mg/L的罗丹明B染料废水，5h的降解率为79.0%。

实施例2

（1）将0.7g NH₄VO₃和2.9g Bi(NO₃)₃加入到50mL摩尔浓度为2.0mol/L的硝酸溶液中，然后超声30min；

（2）用氨水将步骤（1）得到的溶液pH值调至2形成黄色沉淀，然后将其陈化2h；

（3）将步骤（2）得到的悬浮液转移到聚四氟乙烯衬垫的高压水热反应釜中于200℃水热反应24h，然后自然冷却至室温经过滤，水和乙醇各洗三次之后，置于恒温干燥箱中于80℃干燥12h得到蝴蝶状的BiVO₄光催化剂；

（4）将0.019g (NH₄)₆MoO₇O₂₄·4H₂O和0.15g硫脲加入到水中搅拌30min得到墨绿色溶液；

（5）向步骤（4）得到的墨绿色溶液中加入0.12g步骤（3）制得的BiVO₄光催化剂，然后转移到水热反应釜中于200℃保持24h，最后自然冷却，离心，水和乙醇各洗三次，80℃干燥12h得到MoS₂的掺杂量为2%的BiVO₄/MoS₂复合光催化剂，标记为BS-2。

本实施例制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂在光照下降解10mg/L的罗丹明B染料废水，5h的降解率为73.8%。

实施例3

（1）将0.7g NH₄VO₃和2.9g Bi(NO₃)₃加入到50mL摩尔浓度为2.0mol/L的硝酸溶液中，然后超声30min；

（2）用氨水将步骤（1）得到溶液pH值调至2形成黄色沉淀，然后将其陈化2h；

（3）将步骤（2）得到的悬浮液转移到聚四氟乙烯衬垫的高压水热反应釜中于200℃水热反应24h，然后自然冷却至室温经过滤，水和乙醇各洗三次之后，置于恒温干燥箱中于80℃干燥12h得到蝴蝶状的BiVO₄光催化剂；

（4）将0.047g (NH₄)₆MoO₇O₂₄·4H₂O和0.37g硫脲加入到水中搅拌30min得到墨绿色溶液；

（5）向步骤（4）得到的墨绿色溶液中加入0.12g步骤（3）制得的BiVO₄光催化剂，然后转移到水热反应釜中于200℃保持24h，最后自然冷却，离心，水和乙醇各洗三次，80℃干燥12h得到MoS₂的掺杂量为5%的BiVO₄/MoS₂复合光催化剂，标记为BS-5。

本实施例制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂在光照下降解10mg/L的罗丹明B染料废水，5h的降解率为86.0%。

实施例4

（1）将0.7g NH₄VO₃和2.9g Bi(NO₃)₃加入到50mL摩尔浓度为2.0mol/L的硝酸溶液中，然后超声30min；

（2）用氨水将步骤（1）得到的溶液pH值调至2形成黄色沉淀，然后将其陈化2h；

（3）将步骤（2）得到的悬浮液转移到聚四氟乙烯衬垫的高压水热反应釜中于200℃水热反应24h，然后自然冷却至室温经过滤，水和乙醇各洗三次之后，置于恒温干燥箱中于80℃干燥12h得到蝴蝶状的BiVO₄光催化剂；

（4）将0.093g (NH₄)₆MoO₇O₂₄·4H₂O和0.74g硫脲加入到水中搅拌30min得到墨绿色溶液；

（5）向步骤（4）得到的墨绿色溶液中加入0.12g步骤（3）制得的BiVO₄光催化剂，然后转移到水热反应釜中于200℃保持24h，最后自然冷却，离心，水和乙醇各洗三次，80℃干燥12h得到MoS₂的掺杂量为10%的BiVO₄/MoS₂复合光催化剂，标记为BS-10。

本实施例制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂在光照下降解10mg/L的罗丹明B染料废水，5h的降解率为97.6%。

实施例5

（1）将0.7g NH₄VO₃和2.9g Bi(NO₃)₃加入到50mL摩尔浓度为2.0mol/L的硝酸溶液中，然后超声30min；

（2）用氨水将步骤（1）得到的溶液pH值调至2形成黄色沉淀，然后将其陈化2h；

（3）将步骤（2）得到的悬浮液转移到聚四氟乙烯衬垫的高压水热反应釜中于200℃水热反应24h，然后自然冷却至室温经过滤，水和乙醇各洗三次之后，置于恒温干燥箱中于80℃干燥12h得到蝴蝶状的BiVO₄光催化剂；

（4）将0.19g (NH₄)₆MoO₇O₂₄·4H₂O和1.48g硫脲加入到水中搅拌30min得到墨绿色溶液；

（5）向步骤（4）得到的墨绿色溶液中加入0.12g步骤（3）制得的BiVO₄光催化剂，然后转移到水热反应釜中于200℃保持24h，最后自然冷却，离心，水和乙醇各洗三次，80℃干燥12h得到MoS₂的掺杂量为20%的BiVO₄/MoS₂复合光催化剂，标记为BS-20。

本实施例制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂在光照下降解10mg/L的罗丹明B染料废水，5h的降解率为95.0%。

图1是本发明实施例1-6制得的BiVO₄/ MoS₂复合光催化剂的UV-Vis吸收光谱图，由图1可知MoS₂的掺杂量对BiVO₄催化剂的光吸收特性有重要的影响，随着MoS₂掺杂量的增加，MoS₂光催化剂在可见光区的吸收的吸收逐渐增强。因此，BiVO₄/MoS₂复合光催化剂扩大了可利用太阳光谱的范围（可见光区），提高了太阳能的利用率。

图2-6则说明煅烧温度影响BiVO₄/MoS₂复合光催化剂的形貌，随着掺杂量的增加，催化剂表面上的绒毛越厚，逐渐由针型变为片型并且变得密实；同时，催化剂也有蝴蝶状逐渐变为方形。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。