一种MPGCSUB3/SUBNSUB4/SUB/BISUB09/SUBNDSUB01/SUBVOSUB4/SUB复合光催化剂及其制备方法和应用.pdf

本发明公开了一种mpg-C3N4/Bi0.9Nd0.1VO4复合光催化剂及其制备方法和应用，先制备mpg-C3N4粉体，再将mpg-C3N4的乙醇分散液加入偏钒酸铵水溶液中得A液；将六水硝酸钕加入五水硝酸铋的水溶液中得B液；再将A液加入B液中得反应前驱液，采用微波水热法制备出mpg-C3N4/Bi0.9Nd0.1VO4复合光催化剂。本发明一步合成mg-C3N4/Bi0.9Nd0.1VO4复合光催化剂，其流程简易，操作简单，反应时间短，反应条件温和，合成的mpg-C3N4/Bi0.9Nd0.1VO4复合光催化剂具有多种形貌，且具有高的光催化活性，大大改善了纯相BiVO4的催化效率，具有良好的应用前景。

1.  一种mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将浓度为2.1～2.15mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.8～0.85mol/L的纳米SiO₂水溶液按体积比为3:2混合均匀，超声分散后再搅拌均匀，然后烘干，得白色固体，将白色固体研细后装入坩埚中，在N₂气氛炉中升温至540～560℃煅烧4h，得淡黄色粉末，再用NH₄HF₂水溶液腐蚀淡黄色粉末，除去其中的SiO₂模板，最后洗涤、干燥，得到mpg-C₃N₄粉体；
步骤2：将mpg-C₃N₄粉体加入到乙醇中超声分散均匀，得到mpg-C₃N₄醇溶液，再将mpg-C₃N₄醇溶液加入到NH₄VO₃的水溶液中，搅拌均匀，得到A液；A液中mpg-C₃N₄与V的摩尔比为(0.25～1):1；
步骤3：将Bi(NO₃)₃·5H₂O加入水中，搅拌均匀，得铋盐溶液，将Nd(NO₃)₃·6H₂O加入到铋盐溶液中，搅拌均匀，得到B液；B液中Nd与Bi的摩尔比为1:9；
步骤4：将A液加入B液中，搅拌均匀，得到反应前驱液；反应前驱液中(Bi+Nd)与V的摩尔比为1:1；
步骤5：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.2MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至95～105℃，保温7～9min；然后继续升温至145～155℃，保温7～9min；再继续升温至175～185℃，保温35～45min后结束反应；
步骤6：待反应结束后冷却至室温，然后取出微波水热反应釜中的沉淀物，洗涤、干燥，得到mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。

2.  根据权利要求1所述的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中超声分散的时间为55～65min；
所述步骤2中超声分散均匀所需的时间为1～2h。

3.  根据权利要求1所述的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的烘干温度为75～85℃；
所述步骤1中的升温速度为2～3℃/min。

4.  根据权利要求1所述的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述NH₄HF₂水溶液的浓度为3.5～4.5mol/L。

5.  根据权利要求1所述的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述NH₄VO₃的水溶液中NH₄VO₃的浓度为0.3～0.4mol/L；
所述铋盐溶液中Bi(NO₃)₃·5H₂O的浓度为0.3～0.4mol/L。

6.  根据权利要求1所述的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中搅拌均匀所需的时间为25～35min；
所述步骤3中搅拌均匀所需的时间为20～35min。

7.  根据权利要求1所述的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤4中搅拌均匀所需的时间为35～45min。

8.  根据权利要求1所述的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤6中的干燥为在75～85℃下干燥10～12h。

9.  权利要求1-8中任意一项所述的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法制得的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂，其特征在于：该复合光催化剂由mpg-C₃N₄和Bi_0.9Nd_0.1VO₄组成，其中mpg-C₃N₄与Bi_0.9Nd_0.1VO₄的摩尔比为(0.25～1):1，mpg-C₃N₄为介孔材料，其孔径为3～65nm。

10.  权利要求9所述的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂在降解有机物方面的应用。

一种mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于功能材料领域，具体涉及一种mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前，水体污染越来越严重，已经到了威胁人类社会生存的地步。常规水处理方法，比如生化法、吸附法以及混凝沉降法等，虽然可以部分去除有机污染物，但是对于难降解的有机物，效果却非常差，而且常常会造成二次污染。相比这些方法，半导体光催化技术可以将有机物彻底降解成无毒的无机小分子，效果优异，并且以太阳光为驱动力成本低廉，具有明显的优势，因此半导体光催化是一种非常有潜力的污水处理技术。
BiVO₄作为一种新型的可见光催化剂引起人们的广泛兴趣，许多研究者将其应用于降解有机污染物，以达到治理环境污染的目的。大量研究表明，光催化剂的光催化性能与材料自身的晶体结构、比表面积、晶粒尺寸和颗粒形貌等有很大关系。可控形成形貌较好的BiVO₄粉体将有利于BiVO₄光催化活性的提高。
同时，石墨相氮化碳(mpg-C₃N₄)可以在可见光照射下裂解水制氢，引起了全世界光催化研究者们的极大关注，mpg-C₃N₄也迅速成为了光催化领域的一种热门材料。
迄今为止，制备mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过制备mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂及其制备方法和应用，该方法操作简单，反应时间短，反应条件温和，制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂在模拟太阳光下具有较高的降解活性，大大提高了纯相BiVO₄的光催化效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将浓度为2.1～2.15mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.8～0.85mol/L的纳米SiO₂水溶液按体积比为3:2混合均匀，超声分散后再搅拌均匀，然后烘干，得白色固体，将白色固体研细后装入坩埚中，在N₂气氛炉中升温至540～560℃煅烧4h，得淡黄色粉末，再用NH₄HF₂水溶液腐蚀淡黄色粉末，除去其中的SiO₂模板，最后洗涤、干燥，得到mpg-C₃N₄粉体；
步骤2：将mpg-C₃N₄粉体加入到乙醇中超声分散均匀，得到mpg-C₃N₄醇溶液，再将mpg-C₃N₄醇溶液加入到NH₄VO₃的水溶液中，搅拌均匀，得到A液；A液中mpg-C₃N₄与V的摩尔比为(0.25～1):1；
步骤3：将Bi(NO₃)₃·5H₂O加入水中，搅拌均匀，得铋盐溶液，将Nd(NO₃)₃·6H₂O加入到铋盐溶液中，搅拌均匀，得到B液；B液中Nd与Bi的摩尔比为1:9；
步骤4：将A液加入B液中，搅拌均匀，得到反应前驱液；反应前驱液中(Bi+Nd)与V的摩尔比为1:1；
步骤5：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.2MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至95～105℃，保温7～9min；然后继续升温至145～155℃，保温7～9min；再继续升温至175～185℃，保温35～45min后结束反应；
步骤6：待反应结束后冷却至室温，然后取出微波水热反应釜中的沉淀物，洗涤、干燥，得到mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。
所述步骤1中超声分散的时间为55～65min；
所述步骤2中超声分散均匀所需的时间为1～2h。
所述步骤1中的烘干温度为75～85℃；
所述步骤1中的升温速度为2～3℃/min。
所述NH₄HF₂水溶液的浓度为3.5～4.5mol/L。
所述NH₄VO₃的水溶液中NH₄VO₃的浓度为0.3～0.4mol/L；
所述铋盐溶液中Bi(NO₃)₃·5H₂O的浓度为0.3～0.4mol/L。
所述步骤2中搅拌均匀所需的时间为25～35min；
所述步骤3中搅拌均匀所需的时间为20～35min。
所述步骤4中搅拌均匀所需的时间为35～45min。
所述步骤6中的干燥为在75～85℃下干燥10～12h。
mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂，该复合光催化剂由mpg-C₃N₄和Bi_0.9Nd_0.1VO₄组成，其中mpg-C₃N₄与Bi_0.9Nd_0.1VO₄的摩尔比为(0.25～1):1，mpg-C₃N₄为介孔材料，其孔径为3～65nm。
mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂在降解有机物方面的应用。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明提供的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的制备方法，以五水硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)为铋源，偏钒酸铵(NH₄VO₃)为钒源，六水硝酸钕(Nd(NO₃)₃·6H₂O)为钕源，以介孔氮化碳(mpg-C₃N₄)为复合半导体，通过微波水热法一步成功制备mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。本发明通过不同摩尔比的mpg-C₃N₄复合Bi_0.9Nd_0.1VO₄催化剂，制备了多形貌的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂，提高了纯相BiVO₄的光催化降解有机物的效率。本发明采用微波水热法一步合成mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂， 该方法结合了微波加热与水热法的优点，其流程简易，操作简单，反应时间短，反应条件温和，合成的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂形貌多样，且具有高的光催化活性，达到了对BiVO₄进行半导体复合改性的目的，具有良好的应用前景。
本发明制得的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂由mpg-C₃N₄和Bi_0.9Nd_0.1VO₄组成，其中mpg-C₃N₄为介孔材料，其孔径为3～65nm。本发明制得的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂具有优异的光催化性能，能够用于降解有机物和环境污染物，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的FE-SEM图，其中a～c分别为实施例1～实施例3制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的FE-SEM图。
图2是本发明制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的XRD图谱，其中a～c分别为实施例1～实施例3制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的XRD图谱。
图3是本发明制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的降解罗丹明B的降解率-时间曲线，其中a～c分别为实施例1～实施例3制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的降解曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
步骤1：将浓度为2.12mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.83mol/L的纳米SiO₂水溶液按体积比为3:2混合搅拌均匀，超声分散1h，再搅拌均匀后放入80℃的烘箱中烘干，得白色固体，将其研磨细后装入坩埚中，在N₂气氛炉中以2.5℃/min的升温速度升至550℃保温4h进 行煅烧，得到淡黄色粉末，再用4mol/L的NH₄HF₂水溶液进行腐蚀，除去淡黄色粉末中的SiO₂模板，最后进行洗涤干燥，得到mpg-C₃N₄粉体；
步骤2：将mpg-C₃N₄粉体加到5mL乙醇中，超声分散2h，得到mpg-C₃N₄醇溶液；将NH₄VO₃溶于90℃的去离子水中，在100℃下加热搅拌20min，得到NH₄VO₃浓度为0.3mol/L的NH₄VO₃的水溶液；再将mpg-C₃N₄醇溶液加入到NH₄VO₃的水溶液中，混合搅拌30min，得到A液；A液中mpg-C₃N₄与V的摩尔比为0.25:1；
步骤3：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，在磁力搅拌器上搅拌20min，得到Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.3mol/L的铋盐溶液，再将Nd(NO₃)₃·6H₂O加入到铋盐溶液中，在磁力搅拌器上搅拌30min，得到B液，B液中Nd与Bi的摩尔比为1:9；
步骤4：将A液缓慢加入B液中，混合搅拌40min，得到反应前驱液，反应前驱液中(Bi+Nd)与V的摩尔比为1:1；
步骤5：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.2MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至100℃，在100℃保温8min；然后从100℃升温至150℃，在150℃保温8min；再从150℃升温至180℃，在180℃保温40min后结束反应；
步骤6：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，最后在80℃下恒温干燥12h，得到mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。
实施例2：
步骤1：将浓度为2.12mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.83mol/L的纳米SiO₂水溶液按体积比为3:2混合搅拌均匀，超声分散1h，再搅拌均匀后放入80℃的烘箱中烘干，得白色固体，将其研磨细后装入坩埚中，在N₂气氛炉中以2.5℃/min的升温速度升至550℃保温4h进行煅烧，得到淡黄色粉末，再用4mol/L的NH₄HF₂水溶液进行腐蚀，除去淡黄色粉末中的SiO₂ 模板，最后进行洗涤干燥，得到mpg-C₃N₄粉体；
步骤2：将mpg-C₃N₄粉体加到5mL乙醇中，超声分散2h，得到mpg-C₃N₄醇溶液；将NH₄VO₃溶于90℃的去离子水中，在100℃下加热搅拌20min，得到NH₄VO₃浓度为0.3mol/L的NH₄VO₃的水溶液；再将mpg-C₃N₄醇溶液加入到NH₄VO₃的水溶液中，混合搅拌30min，得到A液；A液中mpg-C₃N₄与V的摩尔比为0.5:1；
步骤3：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，在磁力搅拌器上搅拌20min，得到Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.3mol/L的铋盐溶液，再将Nd(NO₃)₃·6H₂O加入到铋盐溶液中，在磁力搅拌器上搅拌30min，得到B液，B液中Nd与Bi的摩尔比为1:9；
步骤4：将A液缓慢加入B液中，混合搅拌40min，得到反应前驱液，反应前驱液中(Bi+Nd)与V的摩尔比为1:1；
步骤5：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.2MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至100℃，在100℃保温8min；然后从100℃升温至150℃，在150℃保温8min；再从150℃升温至180℃，在180℃保温40min后结束反应；
步骤6：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，最后在80℃下恒温干燥12h，得到mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。
实施例3：
步骤1：将浓度为2.12mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.83mol/L的纳米SiO₂水溶液按体积比为3:2混合搅拌均匀，超声分散1h，再搅拌均匀后放入80℃的烘箱中烘干，得白色固体，将其研磨细后装入坩埚中，在N₂气氛炉中以2.5℃/min的升温速度升至550℃保温4h进行煅烧，得到淡黄色粉末，再用4mol/L的NH₄HF₂水溶液进行腐蚀，除去淡黄色粉末中的SiO₂模板，最后进行洗涤干燥，得到mpg-C₃N₄粉体；
步骤2：将mpg-C₃N₄粉体加到5mL乙醇中，超声分散2h，得到mpg-C₃N₄醇溶液；将NH₄VO₃溶于90℃的去离子水中，在100℃下加热搅拌20min，得到NH₄VO₃浓度为0.3mol/L的NH₄VO₃的水溶液；再将mpg-C₃N₄醇溶液加入到NH₄VO₃的水溶液中，混合搅拌30min，得到A液；A液中mpg-C₃N₄与V的摩尔比为1:1；
步骤3：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，在磁力搅拌器上搅拌20min，得到Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.3mol/L的铋盐溶液，再将Nd(NO₃)₃·6H₂O加入到铋盐溶液中，在磁力搅拌器上搅拌30min，得到B液，B液中Nd与Bi的摩尔比为1:9；
步骤4：将A液缓慢加入B液中，混合搅拌40min，得到反应前驱液，反应前驱液中(Bi+Nd)与V的摩尔比为1:1；
步骤5：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.2MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至100℃，在100℃保温8min；然后从100℃升温至150℃，在150℃保温8min；再从150℃升温至180℃，在180℃保温40min后结束反应；
步骤6：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，最后在80℃下恒温干燥12h，得到mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。
实施例4
步骤1：将浓度为2.1mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.8mol/L的纳米SiO₂水溶液按体积比为3:2混合搅拌均匀，超声分散55min，再搅拌均匀后放入75℃的烘箱中烘干，得白色固体，将其研磨细后装入坩埚中，在N₂气氛炉中以2℃/min的升温速度升至540℃保温4h进行煅烧，得到淡黄色粉末，再用3.5mol/L的NH₄HF₂水溶液进行腐蚀，除去淡黄色粉末中的SiO₂模板，最后进行洗涤干燥，得到mpg-C₃N₄粉体；
步骤2：将mpg-C₃N₄粉体加到5mL乙醇中，超声分散1h，得到mpg-C₃N₄醇溶液；将NH₄VO₃ 溶于90℃的去离子水中，在100℃下加热搅拌20min，得到NH₄VO₃浓度为0.32mol/L的NH₄VO₃的水溶液；再将mpg-C₃N₄醇溶液加入到NH₄VO₃的水溶液中，混合搅拌25min，得到A液；A液中mpg-C₃N₄与V的摩尔比为0.4:1；
步骤3：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，在磁力搅拌器上搅拌25min，得到Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.32mol/L的铋盐溶液，再将Nd(NO₃)₃·6H₂O加入到铋盐溶液中，在磁力搅拌器上搅拌25min，得到B液，B液中Nd与Bi的摩尔比为1:9；
步骤4：将A液缓慢加入B液中，混合搅拌35min，得到反应前驱液，反应前驱液中(Bi+Nd)与V的摩尔比为1:1；
步骤5：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.2MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至95℃，在95℃保温9min；然后从95℃升温至145℃，在145℃保温9min；再从145℃升温至175℃，在175℃保温45min后结束反应；
步骤6：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，最后在75℃下恒温干燥11.5h，得到mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。
实施例5
步骤1：将浓度为2.15mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.85mol/L的纳米SiO₂水溶液按体积比为3:2混合搅拌均匀，超声分散65min，再搅拌均匀后放入85℃的烘箱中烘干，得白色固体，将其研磨细后装入坩埚中，在N₂气氛炉中以3℃/min的升温速度升至560℃保温4h进行煅烧，得到淡黄色粉末，再用4.5mol/L的NH₄HF₂水溶液进行腐蚀，除去淡黄色粉末中的SiO₂模板，最后进行洗涤干燥，得到mpg-C₃N₄粉体；
步骤2：将mpg-C₃N₄粉体加到5mL乙醇中，超声分散1.2h，得到mpg-C₃N₄醇溶液；将 NH₄VO₃溶于90℃的去离子水中，在100℃下加热搅拌20min，得到NH₄VO₃浓度为0.35mol/L的NH₄VO₃的水溶液；再将mpg-C₃N₄醇溶液加入到NH₄VO₃的水溶液中，混合搅拌35min，得到A液；A液中mpg-C₃N₄与V的摩尔比为0.7:1；
步骤3：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，在磁力搅拌器上搅拌30min，得到Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.35mol/L的铋盐溶液，再将Nd(NO₃)₃·6H₂O加入到铋盐溶液中，在磁力搅拌器上搅拌35min，得到B液，B液中Nd与Bi的摩尔比为1:9；
步骤4：将A液缓慢加入B液中，混合搅拌45min，得到反应前驱液，反应前驱液中(Bi+Nd)与V的摩尔比为1:1；
步骤5：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.2MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至105℃，在105℃保温7min；然后从105℃升温至155℃，在155℃保温7min；再从155℃升温至185℃，在185℃保温35min后结束反应；
步骤6：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，最后在85℃下恒温干燥10h，得到mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。
实施例6
步骤1：将浓度为2.11mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.82mol/L的纳米SiO₂水溶液按体积比为3:2混合搅拌均匀，超声分散58min，再搅拌均匀后放入78℃的烘箱中烘干，得白色固体，将其研磨细后装入坩埚中，在N₂气氛炉中以2.2℃/min的升温速度升至545℃保温4h进行煅烧，得到淡黄色粉末，再用3.8mol/L的NH₄HF₂水溶液进行腐蚀，除去淡黄色粉末中的SiO₂模板，最后进行洗涤干燥，得到mpg-C₃N₄粉体；
步骤2：将mpg-C₃N₄粉体加到5mL乙醇中，超声分散1.5h，得到mpg-C₃N₄醇溶液；将NH₄VO₃溶于90℃的去离子水中，在100℃下加热搅拌20min，得到NH₄VO₃浓度为0.38mol/L 的NH₄VO₃的水溶液；再将mpg-C₃N₄醇溶液加入到NH₄VO₃的水溶液中，混合搅拌28min，得到A液；A液中mpg-C₃N₄与V的摩尔比为0.85:1；
步骤3：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，在磁力搅拌器上搅拌35min，得到Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.38mol/L的铋盐溶液，再将Nd(NO₃)₃·6H₂O加入到铋盐溶液中，在磁力搅拌器上搅拌20min，得到B液，B液中Nd与Bi的摩尔比为1:9；
步骤4：将A液缓慢加入B液中，混合搅拌38min，得到反应前驱液，反应前驱液中(Bi+Nd)与V的摩尔比为1:1；
步骤5：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.2MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至98℃，在98℃保温8.5min；然后从98℃升温至148℃，在148℃保温8.5min；再从148℃升温至178℃，在178℃保温42min后结束反应；
步骤6：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，最后在78℃下恒温干燥11h，得到mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。
实施例7
步骤1：将浓度为2.13mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.84mol/L的纳米SiO₂水溶液按体积比为3:2混合搅拌均匀，超声分散62min，再搅拌均匀后放入82℃的烘箱中烘干，得白色固体，将其研磨细后装入坩埚中，在N₂气氛炉中以2.8℃/min的升温速度升至555℃保温4h进行煅烧，得到淡黄色粉末，再用4.2mol/L的NH₄HF₂水溶液进行腐蚀，除去淡黄色粉末中的SiO₂模板，最后进行洗涤干燥，得到mpg-C₃N₄粉体；
步骤2：将mpg-C₃N₄粉体加到5mL乙醇中，超声分散1.8h，得到mpg-C₃N₄醇溶液；将NH₄VO₃溶于90℃的去离子水中，在100℃下加热搅拌20min，得到NH₄VO₃浓度为0.4mol/L的NH₄VO₃的水溶液；再将mpg-C₃N₄醇溶液加入到NH₄VO₃的水溶液中，混合搅拌32min， 得到A液；A液中mpg-C₃N₄与V的摩尔比为0.6:1；
步骤3：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，在磁力搅拌器上搅拌22min，得到Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.4mol/L的铋盐溶液，再将Nd(NO₃)₃·6H₂O加入到铋盐溶液中，在磁力搅拌器上搅拌28min，得到B液，B液中Nd与Bi的摩尔比为1:9；
步骤4：将A液缓慢加入B液中，混合搅拌42min，得到反应前驱液，反应前驱液中(Bi+Nd)与V的摩尔比为1:1；
步骤5：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.2MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至102℃，在102℃保温7.5min；然后从102℃升温至152℃，在152℃保温7.5min；再从152℃升温至182℃，在182℃保温38min后结束反应；
步骤6：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，最后在82℃下恒温干燥10.5h，得到mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂。
图1是本发明制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的FE-SEM图，其中a～c分别为实施例1～实施例3制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的FE-SEM图。从图中看到，实施例1制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的形貌为规则的十面体及部分小颗粒附着在其表面；实施例2制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的形貌为大小不均匀的球体；实施例3制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的形貌为片层状及部分包裹球状颗粒，这说明不同摩尔比例的mpg-C₃N₄复合形成的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂具有多种形貌。
图2是本发明制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的XRD图谱，其中a～c分别为实施例1～实施例3制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的XRD图谱，“mpg-C₃N₄”为 实施例1的步骤1制得的mpg-C₃N₄粉体的XRD图谱，“Bi_0.9Nd_0.1VO₄”为按照实施例1的步骤不加入mpg-C₃N₄粉体时制得的Bi_0.9Nd_0.1VO₄粉体的XRD图谱。从图中看到，制得的mpg-C₃N₄粉体在13°和27°处有两个明显的吸收峰，可以被索引为类石墨氮化碳材料，说明成功制备出氮化碳材料；Bi_0.9Nd_0.1VO₄粉体的晶体结构为纯四方锆石相。实施例1制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂为单斜-四方混相BiVO₄；实施例2制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂为纯单斜相；实施例3制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂为单斜-四方混相BiVO₄，可见不同摩尔比的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的晶体结构也各不相同。
图3是本发明制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的降解罗丹明B的降解率-时间曲线，其中a～c分别为实施例1～实施例3制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂的降解曲线，RhB为不添加催化剂时罗丹明B自发的降解曲线，“Bi_0.9Nd_0.1VO₄”为按照实施例1的步骤不加入mpg-C₃N₄粉体时制得的Bi_0.9Nd_0.1VO₄粉体的降解曲线。图3中纵坐标的C/C₀为某时刻罗丹明B降解后的浓度与其初始浓度的比值。从图中看到，制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂都具有较高的降解活性，其中实施例3制备的mpg-C₃N₄/Bi_0.9Nd_0.1VO₄复合光催化剂降解活性最高，在模拟太阳光照射180min后，对罗丹明B(RhB)的降解率达到90％左右，这说明将mpg-C₃N₄与Bi_0.9Nd_0.1VO₄半导体进行复合，能够有效地提高BiVO₄催化剂的光活性，在环境污水处理方面具有潜在的应用价值。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。