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专利号: 2017102039349
申请人: 陕西科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般的物理或化学的方法或装置
更新日期:2024-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)BiVO4前驱液的配置:

室温下,向去离子水中加入NH4VO3,搅拌至澄清,然后加入稀硝酸,搅拌均匀,再加入Bi(NO3)3·5H2O,搅拌至澄清,最后加入硼酸,搅拌至澄清,得到BiVO4前驱液;其中加入的NH4VO3、稀硝酸、Bi(NO3)3·5H2O和硼酸的摩尔比为1:(35~55):1:1;

2)基板的功能化:

将基板洗涤干净后置于184.9nm的紫外光下照射20~40min,使基板表面形成羟基单分子层;

3)BiVO4薄膜的自组装:

将基板的羟基单分子层一面悬浮于BiVO4前驱液表面进行自组装吸附,利用基板表面羟基层的静电作用吸附BiVO4前驱液中的小分子,然后异相成核自组装形成一层BiVO4前驱薄膜,再将BiVO4前驱薄膜在室温下干燥6~8h;

4)BiVO4薄膜的层层自组装:

将干燥后的BiVO4前驱薄膜在184.9nm的紫外光下照射20~40min,使其表面形成羟基单分子层,然后将其悬浮于BiVO4前驱液表面进行自组装吸附,在其表面再次异相成核自组装形成一层BiVO4前驱薄膜,然后在室温下干燥6~8h;如此反复多次层层自组装直至达到所需厚度,得到非晶BiVO4薄膜;

5)TiO2前驱液的配置:

室温下,向去离子水中加入(NH4)2TiF6,搅拌至澄清,然后加入硼酸,搅拌至澄清,最后加入稀硝酸,调节pH值至1~4,并搅拌至澄清,得TiO2前驱液;其中加入的(NH4)2TiF6和硼酸的摩尔比为(1~3):(1~2);

6)非晶BiVO4薄膜的功能化:

将非晶BiVO4薄膜用184.9nm的紫外光照射20~40min,在其表面形成羟基层;

7)TiO2薄膜的自组装:

将非晶BiVO4薄膜的羟基层一面悬浮于TiO2前驱液表面进行自组装聚合,利用非晶BiVO4薄膜表面的羟基层与TiO2前驱液中[Ti(OH)6]2-中的OH进行聚合反应,异相成核自组装形成非晶态的BiVO4-O-[Ti(OH)5]-前驱薄膜;将非晶态的BiVO4-O-[Ti(OH)5]-前驱薄膜在室温下干燥6-8h,制得BiVO4-O-[TiO3H)]-非晶薄膜;

8)薄膜的层层自组装:

将BiVO4-O-[TiO3H)]-非晶薄膜在184.9nm的紫外光下照射20~40min,在其表面形成BiVO4-TiO2-OH-羟基单分子层,然后将该羟基单分子层悬浮于TiO2前驱液表面,对TiO2前驱

2-

液中的小分子[Ti(OH)6] 进行自组装聚合,再在室温下干燥6~8h,形成BiVO4-TiO2-O-[TiO3H)]-非晶薄膜;如此反复多次层层自组装直至达到所需厚度,得到非晶态BiVO4-TiO2异质结薄膜;

9)薄膜的晶化

将非晶态BiVO4-TiO2异质结薄膜放入马弗炉中,从室温升到250~550℃,保温60~

180min,再自然冷却至室温,即得到可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜。

2.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中加入NH4VO3后搅拌10~20min至澄清,加入稀硝酸后搅拌10~20min至均匀,加入Bi(NO3)3·5H2O后搅拌50~100min至澄清,加入硼酸后搅拌10~20min至澄清;

BiVO4前驱液中Bi元素的浓度为0.010~0.030mol/L。

3.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中基板为FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、玻璃载玻片或Si基板。

4.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤3)和步骤4)中BiVO4前驱液的温度为70~75℃,自组装吸附的时间为18~

22min。

5.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤5)中加入(NH4)2TiF6后搅拌10~20min至澄清,加入硼酸后搅拌20~40min至澄清,加入稀硝酸后搅拌10~20min至澄清;TiO2前驱液中Ti元素的浓度为0.010~

0.030mol/L。

6.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤7)和步骤8)中TiO2前驱液的温度为60~65℃,自组装聚合的时间为12~

13h。

7.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤9)中的升温速度为10~30℃/min。

8.权利要求1-7中任意一项所述的可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜的制备方法制得的可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜,其特征在于,所述可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜中TiO2附着于球状BiVO4颗粒的表面,二者相互包被,形成异质结结构,其中BiVO4的晶型为四方相德钒矿型和单斜相白钨矿型,TiO2的晶型为锐钛矿型。

9.根据权利要求8所述的可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜,其特征在于,在可见光照射下,0~1.5V偏压下,所述可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜产生0~

1.5mA/cm2光电流;

所述可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜在光照瞬间产生的阳极尖峰在3s内达到稳态,光照开始后光电流密度由0.018mA/cm2快速衰减为0.017mA/cm2,所述可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜在光生电子-空穴表面复合过程中的复合几率为5.6%。

10.权利要求8或9所述的可见光响应特性氧化钛/钒酸铋异质结薄膜在可见光下光催化降解有机污染物方面的应用。