本發(fā)明涉及光催化材料制備，尤其涉及一種雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、五氧化二釩作為一種儲量豐富、比容量高的過渡金屬氧化物，其帶隙約為2.3ev，能夠有效捕捉可見光進(jìn)行光吸收，在光催化領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。此外，五氧化二釩較正的帶邊位置（ecb=?0.47?ev，evb=?2.73?ev）進(jìn)一步增強(qiáng)了其在光催化氧化反應(yīng)中的應(yīng)用優(yōu)勢，如析氧、消毒、細(xì)菌滅活等。然而，五氧化二釩光催化技術(shù)也面臨著量子產(chǎn)率低的瓶頸問題，這主要是由于電子和空穴遷移到氧化還原源表面的效率受限，以及表面電荷載流子轉(zhuǎn)移和光生電子-空穴對重組的影響。為此，研究人員開始關(guān)注缺陷工程來改進(jìn)傳統(tǒng)的五氧化二釩光催化材料。

2、缺陷工程是一種提高催化劑性能的有效且簡單的方法其往往是吸附和活化反應(yīng)物的高活性位點(diǎn)，并且可以為光生電子-空穴對的有效分離及其空間遷移提供長程驅(qū)動力，實現(xiàn)電子-空穴對的高效利用。如batio3中氧空位的存在可以增強(qiáng)o2的吸附活化。因此，通過適當(dāng)?shù)娜毕莨こ淘鰪?qiáng)五氧化二釩材料內(nèi)部的缺陷含量，能夠增強(qiáng)材料對氧氣的吸附并提高光生電子-空穴利用率，從而高效生產(chǎn)用于殺菌消毒的氧化性物質(zhì)基團(tuán)（·oh、h2o2等）。因此，在加強(qiáng)材料內(nèi)部常見氧缺陷的基礎(chǔ)上引入釩缺陷，即在五氧化二釩表面引入氧釩雙缺陷，是實現(xiàn)高效光催化的一種創(chuàng)新策略。這一方法在保留氧空位對五氧化二釩有益作用的同時，通過刻蝕引入的釩缺陷有助于形成薄層和多孔結(jié)構(gòu)，從而暴露更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，有望推動光催化細(xì)菌滅活技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)更高效、更環(huán)保的滅菌效果。

3、有鑒于此，應(yīng)當(dāng)對現(xiàn)有技術(shù)做出改善。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法及其光催化細(xì)菌滅活的應(yīng)用，以五氧化二釩為原料，通過兩步表面改性得到富含氧釩雙缺陷的五氧化二釩光催化材料，其具有方法簡單、活性位點(diǎn)豐富和比表面積大等特點(diǎn)，將其投入到消毒領(lǐng)域，通過光催化作用實現(xiàn)常溫下的細(xì)菌滅活，可以應(yīng)用于海洋船舶微生物消殺，家用座便器的沖水消殺等軍用/民用領(lǐng)域，進(jìn)一步將產(chǎn)品向后端實用方向延伸。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出一種雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法，其包括以下步驟：

3、s1、將高價釩固體在空氣氣氛下煅燒，獲得五氧化二釩粉體；

4、s2、將五氧化二釩粉體在保護(hù)氣氛和還原性固體存在下煅燒，得到富含氧缺陷的五氧化二釩粉體；

5、s3、將富含氧缺陷的五氧化二釩粉體在酸液中浸泡以進(jìn)行酸刻蝕，得到富含氧缺陷和釩缺陷的雙缺陷五氧化二釩粉體。

6、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，高價釩固體包括偏釩酸銨、多釩酸銨和乙酰丙酮釩中的一種或多種。

7、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還原性固體包括硼氫化鈉和氫化鈉中的一種或多種。

8、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，五氧化二釩粉體與還原性固體的摩爾比為1:1~1:100。

9、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在空氣氣氛下煅燒中，升溫速率為5~10℃/min，反應(yīng)溫度為400~650℃，反應(yīng)時間為1~3h。

10、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟s2包括：

11、將五氧化二釩粉體與還原性固體放置于同一平底坩堝的兩側(cè)，并用帶孔的分隔件將五氧化二釩粉體和還原性固體分隔開；

12、將平底坩堝放置到管式爐中，其中使得還原性固體放置在管式爐上游進(jìn)風(fēng)側(cè)；

13、向管式爐中持續(xù)通入惰性氣體以將爐腔內(nèi)空氣排盡，之后在通入惰性氣體的條件下將管式爐升溫以進(jìn)行煅燒。

14、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟s2包括：在通入流速為0.05~0.5l/min的惰性氣體的條件下，以2~10℃/min的升溫速率升溫至400~600℃，保溫0.5~2h后自然冷卻至室溫。

15、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，酸液包括硫酸溶液，酸液的濃度為0.1~0.5mol/l，浸泡時間為0.5~2h。

16、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟s3還包括：對浸泡后的五氧化二釩粉體進(jìn)行洗滌、干燥，干燥溫度為40~80℃，干燥時間4~12h。

17、根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出了一種采用上述技術(shù)方案中任一項的方法制備的雙缺陷五氧化二釩材料在光催化細(xì)菌滅活中的應(yīng)用。

18、根據(jù)本發(fā)明的實施例的一種雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法及其光催化細(xì)菌滅活的應(yīng)用中，以五氧化二釩為原料，通過兩步表面改性得到富含氧釩雙缺陷的五氧化二釩光催化材料，其具有方法簡單、活性位點(diǎn)豐富和比表面積大等特點(diǎn)，將其投入到消毒領(lǐng)域，通過光催化作用實現(xiàn)常溫下的細(xì)菌滅活，可以應(yīng)用于海洋船舶微生物消殺，家用座便器的沖水消殺等軍用/民用領(lǐng)域，進(jìn)一步將產(chǎn)品向后端實用方向延伸。

技術(shù)特征：

1.一種雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法，其特征在于，所述高價釩固體包括偏釩酸銨、多釩酸銨和乙酰丙酮釩中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法，其特征在于，所述還原性固體包括硼氫化鈉和氫化鈉中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法，其特征在于，所述五氧化二釩粉體與還原性固體的摩爾比為1:1~1:100。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法，其特征在于，所述在空氣氣氛下煅燒中，升溫速率為5~10℃/min，反應(yīng)溫度為400~650℃，反應(yīng)時間為1~3h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法，其特征在于，步驟s2包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法，其特征在于，步驟s2包括：在通入流速為0.05~0.5l/min的惰性氣體的條件下，以2~10℃/min的升溫速率升溫至400~600℃，保溫0.5~2h后自然冷卻至室溫。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述酸液包括硫酸溶液，所述酸液的濃度為0.1~0.5mol/l，浸泡時間為0.5~2h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法，其特征在于，步驟s3還包括：對浸泡后的五氧化二釩粉體進(jìn)行洗滌、干燥，干燥溫度為40~80℃，干燥時間4~12h。

10.一種采用如權(quán)利要求1-9任一項所述的方法制備的雙缺陷五氧化二釩材料在光催化細(xì)菌滅活中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種雙缺陷五氧化二釩材料的制備方法及應(yīng)用，方法包括以下步驟：S1、將高價釩固體在空氣氣氛下煅燒，獲得五氧化二釩粉體；S2、將所述五氧化二釩粉體在保護(hù)氣氛和還原性固體存在下煅燒，得到富含氧缺陷的五氧化二釩粉體；S3、將所述富含氧缺陷的五氧化二釩粉體在酸液中浸泡以進(jìn)行酸刻蝕，得到富含氧缺陷和釩缺陷的雙缺陷五氧化二釩粉體。本發(fā)明通過表面改性得到富含氧釩雙缺陷的五氧化二釩光催化材料，其方法簡單，活性位點(diǎn)豐富，比表面積大，可投入到消毒領(lǐng)域，通過光催化實現(xiàn)常溫細(xì)菌滅活。

技術(shù)研發(fā)人員：曾樺,劉波,楊亞東,李杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都先進(jìn)金屬材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15