[发明专利]溶液法自组装Bi12TiO20微米花的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶液法自组装Bi₁₂TiO₂₀微米花的制备方法，属于光催化材料的制备技术。

背景技术

作为半导体光催化剂的TiO₂，由于具有对化学和生物的惰性、高稳定性、无毒性和低成本等优点，其在环境污染治理技术以及光照水解制氢等方面得到了极为广泛的研究和应用。但TiO₂的两个固有缺陷限制了它的实际应用[(a)A.Fujishima，K.Honda，Nature 1972，238，37-38；(b)A.Fujishima，T.N.Rao，D.A.Tryk，J.Photochem.Photobiol.C 2000，1，1-21；(c)D.A.Tryk，A.Fujishima，K.Honda，Electrochim.Acta 2000，45，2363-2376；(d)R.Levinson，P.Berdahl，H.Akbari，Sol.Energy Mater.Sol.Cells 2005，89，319-349]：(1)TiO₂的带隙较宽，只能被波长小于386.5nm的紫外光激发，而占地达地面太阳光总能量90％的可见光不能被利用；(2)TiO₂中光激发产生的电子与空穴非常容易复合，导致其光量子效率极低，极大地影响TiO₂的光催化活性。为此，对TiO₂进行修饰改性、扩展其有效光频率响应范围以及开发新型半导体光催化剂，成为一个备受关注的研究焦点。

然而新型钛酸铋化合物也受到特别的关注，其包括有Bi₄Ti₃O1₂，Bi₂Ti₂O₇，Bi₂Ti₄O₁₁，Bi₁₂TiO₂₀，Bi₂₀TiO₃₂等。这一系列作为半导体光催化剂，研究者做了大量的工作，并展示Bi₁₂TiO₂₀的光催化活性最强，达到了与P-25相同的活性[W.F.Yao，H.Wang，X.H.Xu，X.F.Cheng，J.Huang，S.X.Shang，X.N.Yang，M.Wang，Appl.Catal.A.2003，243，185]。Yao等人用化学溶液沉积法首次报道了Bi₁₂TiO₂₀晶体在紫外光范围内对甲基橙溶液的光催化性能并作了掺杂改性的研究[W.F.Yao，H.Wang，X.H.Xu，Y.Zhang，X.N.Yang，S.X.Shang，Y.H.Liu，J.T.Zhou，M.Wang，Journal of Molecular Catalysis A：Chemical 202(2003)305-3但作为Bi₁₂TiO₂₀纳米粉体，光催化性能仍局限在紫外光范围内。Zhou等人用传统固相烧结法合成Bi₁₂TiO₂₀并展示了在可见光范围内对甲醇的光催化性能[J.K.Zhou，Z.G.Zou，A.K.Ray，X.S.Zhao，Ind.Eng.Chem.Res.2007，46，745]，但基于传统固相烧结法之上，Bi₁₂TiO₂₀粉体具有很大颗粒尺寸(微米级)，以至于大大影响了其光催化性能。Xu等人用共沉淀法制备Bi₁₂TiO₂₀纳米粉体并对比研究了紫外光和可见光对苯酚溶液的光催化性能[S.H.Xu，W.F Shangguan，J.Yuan，J.W.Shi，M.X.Chen，Materials Science and Engineering B 137(2007)108-111]，尽管获得纳米级的Bi₁₂TiO₂₀粉体并研究延伸到了可见光范围，但在可见光范围内的光催化性能没有大幅度的提高。众多研究表明，Bi₁₂TiO₂₀的确是一良好的光催化剂，但对工艺条件没有提出新的技术方案，也没有探索出新的形貌，很大程度地影响着钛酸铋材料的物理及化学性能。

发明内容