原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料，本發(fā)明還涉及該復(fù)合光催化材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有高量子效率、能充分利用太陽能的高活性光催化材料的制備及應(yīng)用，已成為材料學(xué)、化學(xué)、能源和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域廣泛關(guān)注和研宄的熱點(diǎn)課題。光催化材料研宄中的兩個(gè)關(guān)鍵問題是提高光催化劑的活性與拓展光催化劑的吸收波長(zhǎng)，因而所有的新型光催化體系的設(shè)計(jì)思路，均是針對(duì)這兩個(gè)問題進(jìn)行的，從這一目的出發(fā)，目前多數(shù)的新型光催化體系主要集中在復(fù)合金屬氧化物以及基于此的硫、氮取代化合物。涉及磷酸鹽光催化材料的報(bào)道很少，而磷酸鹽有許多利于催化活性的特性，如磷酸鹽結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，在光催化反應(yīng)體系中相對(duì)于金屬氧化物其氧空位缺陷形成能較高，這就導(dǎo)致磷酸鹽晶體中氧空位缺陷很少，即復(fù)合中心數(shù)量少，使電子與空穴容易分離，有利于形成光催化反應(yīng)的進(jìn)行。同時(shí)，絕大多數(shù)光催化材料都會(huì)發(fā)生空穴腐蝕(ZnO、CdS和MoS2)和電子腐蝕(GaPXu2O和GaN)，而磷酸根離子是高價(jià)態(tài)很難被化學(xué)還原，不易被光腐蝕，如果磷酸鹽中的金屬離子同樣穩(wěn)定，這種光催化劑在光照下便幾乎不發(fā)生光腐蝕。而且，磷酸鹽擁有較大的負(fù)電荷，會(huì)產(chǎn)生很大的誘導(dǎo)效應(yīng)，因而有利于光生電子的傳輸。此外，磷酸鹽表面與水有強(qiáng)的相互作用，根據(jù)熱力學(xué)原理，表面磷酸根在與水分子作用時(shí)，會(huì)與水中的質(zhì)子產(chǎn)生強(qiáng)烈的作用，進(jìn)而有利于水分子的解離產(chǎn)生羥基。
[0003]磷酸鉍作為一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的磷酸鹽半導(dǎo)體材料，在光學(xué)、烷烴的選擇性催化氧化、氨的催化氧化等領(lǐng)域有著諸多的應(yīng)用。近兩年，涉及磷酸鉍光催化劑的研宄已有報(bào)道，如何提高磷酸鉍光生電子的分離效率，進(jìn)而提高其光催化活性對(duì)磷酸鉍光催化材料的應(yīng)用具有一定的科學(xué)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料，通過非金屬離子摻雜增加磷酸鉍半導(dǎo)體中氧空位濃度，進(jìn)而提高磷酸鉍光催化的光催化活性。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料，由氟、氮共摻雜磷酸鉍和氧化鎳組成，其中氟、氮共摻雜磷酸鉍和氧化鎳的摩爾比為1:0.1?0.5ο
[0007]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0008]氟、氮共摻雜磷酸鉍中鉍離子、氟離子和氮離子的摩爾比為1:0.25?0.5:0.25?0.5，其中氟離子和氮離子的摩爾比為1:1。
[0009]本發(fā)明所采用的另一個(gè)技術(shù)方案是，原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料的制備方法，具體包括以下步驟:
[0010]步驟1:將五水硝酸鉍溶解于質(zhì)量濃度為65%的硝酸溶液，得到溶液A ;將磷酸鹽溶于水，得到溶液B ;將溶液A和溶液B混合均勻得到溶液C ;將氟化銨加入溶液C，得到溶液D ;將可溶性鎳鹽加入到溶液D中，混合攪拌均勻，得到溶液E ;
[0011]步驟2:將溶液E轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，并置于微波反應(yīng)器中利用微波加熱至180?200°C微波水熱處理0.5?1.5h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產(chǎn)物離心分離，去離子水洗滌3次，于80 °C干燥12h后，置于馬弗爐中于300?500°C煅燒I?3h，得到原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料。
[0012]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0013]步驟I中五水硝酸鉍和硝酸的質(zhì)量比為1:2.5?5。
[0014]步驟I中磷酸鹽和水的質(zhì)量比為1:2.5?5。
[0015]步驟I中溶液C中鉍離子和磷酸根離子的摩爾比為1:1。
[0016]步驟I中鉍離子和氟化銨的摩爾比為1:0.25?0.5。
[0017]步驟I中鉍離子和鎳離子的摩爾比為1:0.1?0.5。
[0018]步驟I中磷酸鹽是磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鉀、磷酸氫鉀或磷酸二氫鉀的一種或多種組合。
[0019]步驟I中鎳鹽是六水硝酸鎳、六水二氯化鎳、硫酸鎳或有機(jī)鎳的一種或多種組合。
[0020]本發(fā)明的有益效果是，
[0021]1.本發(fā)明原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料，具有以下特點(diǎn):第一、通過非金屬氟和氮離子共摻雜來有效提高磷酸鉍半導(dǎo)體界面處電子的捕獲能力，增強(qiáng)電子空穴的迀移效率；第二、通過非金屬離子摻雜可以增加磷酸鉍半導(dǎo)體中氧空位濃度，進(jìn)而提高磷酸鉍光催化的光催化活性；第三、η型半導(dǎo)體磷酸鉍和P型半導(dǎo)體氧化鎳在界面處能夠形成ρ-η異質(zhì)節(jié)，有效促進(jìn)光生載流子的分離，進(jìn)而提高復(fù)合體系光催化活性。因此，本發(fā)明提出的原位摻雜型磷酸鉍/氧化鎳復(fù)合光催化劑通過氟、氮共摻雜及氧化鎳的負(fù)載可以有效的提尚復(fù)合體系的光催化活性。
[0022]2.本發(fā)明原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料的制備方法，采用原位摻雜型磷酸鉍/氧化鎳復(fù)合光催化劑，通過氟、氮共摻雜及氧化鎳的負(fù)載可以有效的提高復(fù)合體系的光催化活性，且其制備方法簡(jiǎn)單，操作方便。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]本發(fā)明原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料，由氟、氮共摻雜磷酸鉍和氧化鎳組成，其中氟、氮共摻雜磷酸鉍和氧化鎳的摩爾比為1:0.1?0.5。
[0025]氟、氮共摻雜磷酸鉍中鉍離子、氟離子和氮離子的摩爾比為1:0.25?0.5:0.25?0.5，其中氟離子和氮離子的摩爾比為1:1。
[0026]本發(fā)明原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料，具有以下特點(diǎn):第一、通過非金屬氟和氮離子共摻雜來有效提高磷酸鉍半導(dǎo)體界面處電子的捕獲能力，增強(qiáng)電子空穴的迀移效率；第二、通過非金屬離子摻雜可以增加磷酸鉍半導(dǎo)體中氧空位濃度，進(jìn)而提高磷酸鉍光催化的光催化活性；第三、η型半導(dǎo)體磷酸鉍和P型半導(dǎo)體氧化鎳在界面處能夠形成p-n異質(zhì)節(jié)，有效促進(jìn)光生載流子的分離，進(jìn)而提高復(fù)合體系光催化活性。因此，本發(fā)明提出的原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料通過氟、氮共摻雜及氧化鎳的負(fù)載可以有效的提高復(fù)合體系的光催化活性。
[0027]上述原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料的制備方法，具體包括以下步驟:
[0028]步驟1:將五水硝酸鉍溶解于質(zhì)量濃度為65%的硝酸溶液，得到溶液A，其中五水硝酸鉍和硝酸的質(zhì)量比為1:2.5?5 ;將磷酸鹽溶于水，得到溶液B，其中磷酸鹽和水的質(zhì)量比為1:2.5?5 ;將溶液A和溶液B混合均勻得到溶液C，其中溶液C中鉍離子和磷酸根離子的摩爾比為1:1 ;將氟化銨加入溶液C，得到溶液D，其中鉍離子和氟化銨的摩爾比為1:0.25?0.5 ;將可溶性鎳鹽加入到溶液D中，混合攪拌均勻，得到溶液E，其中鉍離子和鎳離子的摩爾比為1:0.1?0.5 ;
[0029]步驟2:將溶液E轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，并置于微波反應(yīng)器中利用微波加熱至180?200°C微波水熱處理0.5?1.5h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產(chǎn)物離心分離，去離子水洗滌3次，于80 °C干燥12h后，置于馬弗爐中于300?500°C煅燒I?3h，得到原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料。
[0030]步驟I中磷酸鹽是磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鉀、磷酸氫鉀或磷酸二氫鉀的一種或多種組合。
[0031]步驟I中鎳鹽是六水硝酸鎳、六水二氯化鎳、硫酸鎳或有機(jī)鎳的一種或多種組合。
[0032]本發(fā)明原位摻雜型磷酸鉍-氧化鎳復(fù)合光催化材料的制備方法，采用原位摻雜型磷酸鉍/氧化鎳復(fù)合光催化劑，通過氟、氮共摻雜及氧化鎳的負(fù)載可以有效的提高復(fù)合體系的光催化活性，且其制備方法簡(jiǎn)單，操作方便。
[0033]實(shí)施例1
[0034]步驟1:將4.85g五