专利名称：可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于在以石墨烯为模板，并在其表面沉积树叶状硝酸铋复合光催化剂的制 备技术，特别是一种可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂及其制备方法。
背景技术：
随着全球性环境恶化问题日益突出，对环境污染的有效控制与治理己成为世界各 国政府所面临和解决的重大问题。许多新的技术被尝试应用于环境污染的治理，半导体光 催化技术就是其中之一。在以往的光催化研究过程中，二氧化钛研究的最为广泛，但其只对 紫外光有响应，从充分利用太阳光的角度出发，制备一种在可见光下有光催化活性的催化 剂具有及其重大的现实意义。钒酸铋的能带间隙比较窄，只有2. 4eV，被认为是一种理想的可见光催化剂， 但是由于其吸附性能差，光生电子和孔穴不能有效分离，又限制了其光催化活性。到目 前为止，人们通过掺杂金属或金属氧化物的方法来提高其光催化活性(Pr印aration， characterization and photocatalytic properties of Cu-Ioaded BiV04. Journal of Hazardous Materials 2008, 153, 877-884 ；Enhanced photocatalytic activity for degradation of methylene blue over V205/BiV04 composite. Journal of Alloys and Compounds 2009，479，821-827.)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高光催化活性和粒子表面积的可见光响应的钒酸 铋_石墨烯复合光催化剂及其制备方法。实现本发明目的的技术解决方案为一种可见光响应的钒酸铋_石墨烯复合光催 化剂，其特征在于由质量比为1:2 1:5的钒酸铋和石墨烯复合而成。制备方法步骤如下
第一步，将氧化石墨在水和乙醇体系中超声分散； 第二步，将硝酸铋和偏钒酸铵分别在等体积的乙醇中搅拌；
第三步，将第一步所得体系与第二步所得混合物混合，调节此混合体系为碱性，并搅
拌；
第四步，将第三步的反应体系转移至水热釜中进行水热反应； 第五步，将第四步所得产物离心分离，用去离子水洗涤，干燥后获得钒酸铋-石墨烯复 合光催化剂。本发明与现有技术相比，其显著优点(1)采用石墨烯为模板，在其表面沉积树叶 状硝酸铋复合光催化剂，提供了比较大表面积和更多的活性中心，提高催化剂的吸附性 能，使光生电子和空穴能够有效的分离，从而提高其光催化活性；(2)通过水热反应，氧化 石墨被还原成石墨烯，避免了使用其他还原剂。
图1为实施例1所制得钒酸铋_石墨烯复合光催化剂的XRD图。图2为实施例1所制得钒酸铋_石墨烯复合光催化剂的Raman光谱图。图3为实施例1所制得钒酸铋_石墨烯复合光催化剂的TEM图。图4是本发明可见光响应的钒酸铋_石墨烯复合光催化剂的制备方法的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。结合图4，本发明可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂，由质量比为 1:2^1:5的钒酸铋和石墨烯复合而成。本发明可见光响应的钒酸铋_石墨烯复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤 第一步，将氧化石墨在水和乙醇体系中超声分散，乙醇和水的体积比为1:1 ；
第二步，将硝酸铋和偏钒酸铵分别在等体积的乙醇中搅拌20-50分钟； 第三步，将第一步所得体系与第二步所得混合物混合，调节此混合体系为碱性，并搅拌 30-60分钟；
第四步，将第三步的反应体系转移至水热釜中进行水热反应，反应温度为 180-200° C，反应时间为5-8小时；
第五步，将第四步所得产物离心分离，用去离子水洗涤，干燥后获得钒酸铋-石墨烯复 合光催化剂，干燥温度为60° C，时间为12小时。本发明可见光响应的钒酸铋_石墨烯复合光催化剂的制备方法，在整个反应体系 中乙醇和水的体积比为3:1。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。实施实例1 本发明可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂的制备方法，包括 以下步骤
第一步，氧化石墨的制备。将10 g石墨粉加入到80°C的过硫酸钾(5 g)，五氧化二磷 (5g)的浓硫酸溶液(15mL)中，预氧化6小时，之后冷却到室温，抽虑，洗涤至中性。将预氧 化的石墨粉(10 g)加入到0°C的230 mL浓硫酸溶液里，之后小心的加入30g的高锰酸钾， 之后于35°C反应2小时，最后向反应液中加入IL去离子水和25mL的30%的过氧化氢使反 应终止，抽虑，洗涤，透析，制得氧化石墨。第二步，将40mg的氧化石墨置于IOmL乙醇和IOmL去离子水中超声分散2小时。第三步，将0. 1796g硝酸铋和0. 0430g偏钒酸铵分别在IOmL乙醇中搅拌20分钟。第四步，将第二步与第三步混合，调节pH=7，并搅拌30分钟。第五步，将第四步的反应体系转移至50mL水热釜中，在180°C反应6小时。第六步，将第五步产物离心分离，用去离子水洗涤，干燥后获得钒酸铋-石墨烯复 合光催化剂。经X-射线粉末衍射(XRD)表征，所制得的产物为单斜晶系钒酸铋(JCPDS 14-0688)，图1为所制得钒酸铋-石墨烯复合光催化剂的XRD图。经Raman光谱表征，所制 得的产物为钒酸铋_石墨烯复合光催化剂，图2为所制得钒酸铋_石墨烯复合光催化剂的 Raman光谱图。经透射电子显微电镜(TEM)对所制得的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂进行形貌表征，本发明制得了树叶状钒酸铋_石墨烯复合光催化剂。图3为所制得钒酸铋_石 墨烯复合光催化剂的TEM图。实施实例2 本发明可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂的制备方法，包括 以下步骤
第一步，同实施实例1中的步骤一。第二步，同实施实例1中的步骤二。第三步，将0. 1796g硝酸铋和0. 0430g偏钒酸铵分别在IOmL乙醇中搅拌30分钟。第四步，将第二步与第三步混合，调节pH=8，并搅拌40分钟。第五步，将第四步的反应体系转移至50mL水热釜中，在190°C反应7小时。第六步，同实施实例1中的步骤六。实施实例3 本发明可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂的制备方法，包括 以下步骤
第一步，同实施实例1中的步骤一。第二步，同实施实例1中的步骤二。第三步，将0. 1796g硝酸铋和0. 0430g偏钒酸铵分别在IOmL乙醇中搅拌50分钟。第四步，将第二步与第三步混合，调节pH=10，并搅拌60分钟。第五步，将第四步的反应体系转移至50mL水热釜中，在200°C反应8小时。第六步，同实施实例1中的步骤六。
权利要求
1.一种可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂，其特征在于由质量比为1:2 1:5 的钒酸铋和石墨烯复合而成。
2.—种可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下 步骤第一步，将氧化石墨在水和乙醇体系中超声分散； 第二步，将硝酸铋和偏钒酸铵分别在等体积的乙醇中搅拌；第三步，将第一步所得体系与第二步所得混合物混合，调节此混合体系为碱性，并搅拌；第四步，将第三步的反应体系转移至水热釜中进行水热反应； 第五步，将第四步所得产物离心分离，用去离子水洗涤，干燥后获得钒酸铋-石墨烯复 合光催化剂。
3.根据权利要求2所述的可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂的制备方法，其 特征在于第一步中乙醇和水的体积比为1:1。
4.根据权利要求2所述的可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂的制备方法，其 特征在于第二步中的搅拌时间为20-50分钟。
5.根据权利要求2所述的可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂的制备方法，其 特征在于第三步中的搅拌时间为30-60分钟。
6.根据权利要求2所述的可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂的制备方法，其 特征在于第四步中的反应温度为180-200° C，反应时间为5-8小时。
7.根据权利要求2所述的可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂的制备方法，其 特征在于在整个反应体系中乙醇和水的体积比为3:1。
全文摘要
本发明公开了一种可见光响应的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂及其制备方法。该复合光催化剂由质量比为1:2~1:5的钒酸铋和石墨烯复合而成，步骤如下将氧化石墨置于水和乙醇混合溶液中超声分散，硝酸铋和偏钒酸铵分别加入到乙醇中搅拌，最后将三种体系混合调节pH大于7，之后将混合体系转移至水热釜中进行反应，反应结束后，产物经离心分离、洗涤和干燥后，获得树叶状的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂。本发明在以石墨烯为模板下采用水热合成的方法，制备了树叶状的钒酸铋-石墨烯复合光催化剂。应用本发明制备钒酸铋-石墨烯复合光催化剂在污水处理方面具有较好的应用前景和经济效益。
文档编号B01J23/22GK102125832SQ201110021160
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者付永胜, 何光裕, 杨绪杰, 汪信, 陈海群 申请人:南京理工大学