一种氮化碳量子点修饰钒酸铋复合光催化剂的合成方法

本发明属于光催化材料的制备，尤其是提供一种氮化碳量子点修饰钒酸铋复合光催化剂的合成方法。

背景技术：

1、化工、纺织、制药等行业的快速发展，在推动经济腾飞和提高人们生活质量的同时，也产生大量有害物质。有害物质的不正确排放，易污染水体，破坏人类和动植物的生活环境。如何处理经济发展带来的环境污染问题，用有效、节能的方法处理水体中的污染物，这是人们急需解决的问题。

2、钒酸铋(bivo4)是一种窄带隙，具有可见光催化能力的半导体材料，其禁带宽度一般为2.4ev。通过水热法制备bivo4，结晶度高，尺寸均一，应用十分广泛。在自然界，bivo4一般存在单斜白钨矿相、四方白钨矿相和四方锆石相三种晶相。其中，单斜白钨矿相bivo4具有最佳光催化效果。然而比表面积小、光利用率低、光生电子和空穴易复合等，限制了钒酸铋光催化性能的提升。为此，研究者们通过调控形貌制备空心结构，提高比表面积和光利用率，调节组成构筑异质结和元素掺杂，抑制光生电子和空穴复合，从而有助于提升钒酸铋的光催化性能。如liu k等制备钒酸铋纳米管，通过提高比表面积、增加活性位点、缩短电荷传递路径等，增强了刚果红的光催化活性(liu k,et al.,materials letters,2023,349,134792)。tashkandi n y等构筑bivo4/tio2异质结，有效提高了光生电荷的分离效率和光吸收能力，从而提高了环丙沙星的光催化降解(tashkandi n y,et al.,environmentalscience and pollution research,2022,29(52),78472-78482)。su r等制备了nd掺杂bivo4，通过构筑多重反应路径促进电荷传递和分离，从而提高了头孢氨苄的光催化降解(su r,et al.,acs applied materials&interfaces,2022,14(28),31920-31932)。

3、氮化碳量子点是一种新型的非金属材料，既具有氮化碳半导体优异的光学性能和良好的化学稳定性，又具有上转换发光性能，能有效增强半导体的光催化反应。本发明将氮化碳量子点与钒酸铋复合，调控形貌和组成，探究氮化碳量子点修饰钒酸铋复合物降解有机污染物的光催化行为。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种氮化碳量子点修饰钒酸铋复合光催化剂的合成方法，特殊的空心结构、良好的分散性以及非金属掺杂等，使其具有良好的可见光催化性能。

2、本发明为实现上述目的采取的技术方案如下：

3、一种氮化碳量子点修饰钒酸铋复合光催化剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、(1)制备bivo4

5、用浓硝酸溶解五水合硝酸铋和偏钒酸铵，待固体粉末溶解后，向其中加入水，超声得黄色透明液体，调节溶液ph值为4-6，将得到的黄色悬浊液进行60-120℃水热反应2-8h，即可得到bivo4；

6、(2)制备氮化碳量子点

7、将三聚氰酸和三聚氰胺分别溶解在含有可可碱的热水中，再将溶液混合、振荡，离心得到的白色沉淀用水洗涤、干燥，然后在氮气气氛中，升温至500-600℃热处理反应2-6h，即可得到丝状g-c3n4；将丝状g-c3n4加入到浓硝酸和浓硫酸形成的混合酸中，充分搅拌，再逐滴滴入去离子水中，继续搅拌，静置过夜使沉淀完全沉降，分离出沉淀，经过洗涤和干燥得到淡黄色粉末；将淡黄色粉末分散在去离子水中，超声后水热反应得氮化碳量子点溶液；

8、(3)制备氮化碳量子点修饰钒酸铋复合光催化剂

9、将步骤(1)中得到的bivo4和步骤(2)中得到的氮化碳量子点溶液超声混合，再进行60-120℃水热反应2-8h，即可得到氮化碳量子点修饰钒酸铋复合光催化剂。

10、进一步的设置在于：

11、步骤(1)中：五水合硝酸铋和偏钒酸铵的用量，保持bi和v的原子比为1：1。

12、步骤(1)中：水热反应温度为80℃，反应时间为6h。

13、步骤(1)中：加入碳酸氢钠固体调节其ph值为5。

14、步骤(2)中：热处理的温度为550℃，反应时间为4h。

15、步骤(2)中：热处理的升温速率为2.5℃·min-1。

16、步骤(2)中：将淡黄色粉末分散在去离子水中，然后进行150-250℃水热反应6-24h，得到0.10-1.50g·l-1氮化碳量子点溶液。

17、步骤(2)中：将淡黄色粉末分散在去离子水中，超声8h后，200℃水热反应12h，得到0.75g·l-1氮化碳量子点溶液

18、一种氮化碳量子点修饰钒酸铋复合光催化剂的合成方法，其特征在于：

19、(1)制备bivo4

20、用1ml浓硝酸溶解0.5-3.0mmol五水合硝酸铋和0.5-3.0mmol偏钒酸铵，待固体粉末溶解后，向其中加入20ml水，超声30min得黄色透明液体，再加入碳酸氢钠固体调节其ph值为5，将得到的黄色悬浊液进行60-120℃水热反应2-8h，即可得到bivo4；

21、(2)制备氮化碳量子点

22、将5.0mmol三聚氰酸和5.0mmol三聚氰胺分别溶解在25ml含有0.5mmol可可碱的热水中，再将溶液混合、振荡24h，离心得到的白色沉淀用水洗涤、80℃干燥，然后在氮气气氛中，以2.5℃·min-1的速率升温至500-600℃反应2-6h，即可得到丝状g-c3n4，将丝状g-c3n4加入到10ml浓硝酸和10ml浓硫酸形成的混合酸中，充分搅拌8h，再逐滴滴入500ml去离子水中，继续搅拌2h后，静置过夜使沉淀完全沉降，在8000r·min-1的转速下分离出沉淀，经过洗涤和干燥得到淡黄色粉末，称取淡黄色粉末分散在20ml去离子水中，超声8h后200℃水热反应12h得到0.10-1.50g·l-1氮化碳量子点溶液；

23、(3)制备氮化碳量子点修饰钒酸铋复合光催化剂

24、将10mg步骤(1)中得到的bivo4和20ml步骤(2)中得到的氮化碳量子点溶液超声混合10min，再进行80℃水热反应6h，即可得到氮化碳量子点修饰钒酸铋复合光催化剂。

25、本发明制备的一种氮化碳量子点修饰钒酸铋复合光催化剂，其特征在于，该光催化剂具有空心结构，氮化碳量子点的修饰没有改变钒酸铋纳米颗粒的晶体结构和形貌。利用高分辨透射电子显微镜(hrtem，jem-2100f，日本jeol)和x射线衍射仪(xrd，empyreanxrd-6000，德国bruker axs)表征所得目标产物的形貌和结构。

26、本发明制备的氮化碳量子点修饰钒酸铋复合物，有助于显著增强材料的光催化性能，具有的特点是：

27、(1)钒酸铋具有中空结构，增加了催化剂的比表面积，提供更多的活性位点，增强入射光的吸收及利用，实现了催化剂和能源的高效利用。

28、(2)通过一步溶剂热法即可成功合成非金属元素掺杂的囊泡状复合材料，方法易操作，重复性好。

29、(3)采用溶剂热法使氮化碳量子点掺杂进入钒酸铋纳米囊泡中，有助于降低钒酸铋的能带，增加光的吸收，抑制光生电荷的复合。

30、(4)利用氮化碳量子点的上转换效应，拓宽了光响应范围。

31、以下结合附图和具体实施方式进一步阐述本发明。