[发明专利]一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种In掺杂Bi₂O₃光催化材料的制备方法，尤其适合于光催化制氢，属于材料、环境和新能源技术领域。

背景技术

20世纪人类社会经济高速发展的同时也出现了环境污染、能源短缺、生态破坏等一系列重大问题。因此，为了人类的可持续发展，开发利用新能源迫在眉睫。光催化技术，是一种解决环境污染物和能源危机行之有效的方法，因而成为研究的热点问题。

而现有的光催化剂大多数都如二氧化钛（TiO₂）一样，只能对紫外光发生响应，对太阳光的利用率低，因此研究高效、可见光响应的光催化剂是问题的关键。氧化铋（Bi₂O₃）是一种极富有吸引力的半导体材料，具有多种晶型，如：α、β、γ、ω、δ等，带隙从β-Bi₂O₃的2.58eV到α-Bi₂O₃的2.85eV不等，具有可见光光催化性能。它可以吸收太阳光中的可见光，并受激发产生高活性物种，用于去除有机污染物从而实现环境净化。虽然Bi₂O₃光催化材料具有不错的光催化降解污染物的能力，但是同样也存在一定的缺陷：1）光生电子和空穴比较容易发生复合，光量子效率较低；2）Bi₂O₃在反应的过程中往往不稳定。3）由于Bi₂O₃的导带底低于H+/H₂的还原电位，除了γ-Bi₂O₃外，目前关于Bi₂O₃光催化制氢的研究非常少。为了提高Bi₂O₃材料的光催化活性，一般采用掺杂或者复合改性的方法来对其进行改性。

本申请人发明了一种In掺杂Bi₂O₃光催化材料的方法。采用沉淀法，将十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为表面活性剂，草酸为沉淀剂制备出多孔棒状纳米Bi₂O₃颗粒，通过改变温度和掺杂量从而得到不同的晶型与性能的Bi₂O₃，实现了其光催化制氢。

发明内容

（1）目的：本发明的目的在于提供一种In掺杂Bi₂O₃光催化材料的制备方法，它采用沉淀法，将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，草酸为沉淀剂制备出纳米Bi₂O₃颗粒，通过改变温度和掺杂量从而得到不同的晶型与性能的Bi₂O₃，实现了其光催化制氢。这种制备方法简单易操作，通过金属离子掺杂来提高Bi₂O₃导带底位置，从而实现其光催化分解水产氢。

（2）本发明的技术解决方案：一种In掺杂Bi₂O₃光催化材料的制备方法，具体如下：首先将一定量五水合硝酸铋（Bi(NO₃)₃·5H₂O）加入到10mL2mol/L的硝酸溶液中，再加入一定量五水硝酸铟（In(NO₃)₃·5H₂O）磁力搅拌器10分钟，然后加入0.1g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），磁力搅拌器30分钟，再加入0.4g草酸，继续搅拌30分钟。超声20分钟后水浴加热搅拌至溶液蒸干，放入马弗炉中以3℃/min的升温速率加热至目标温度，保温3个小时，炉内自然冷却至室温得到Bi₂O₃粉体。

综上所述，本发明一种In掺杂Bi₂O₃光催化材料的制备方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：将一定量Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到10mL2mol/L的硝酸溶液中，磁力搅拌器10分钟，再加入一定量In(NO₃)₃·5H₂O磁力搅拌器10分钟；

步骤二：缓慢加入0.1g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），磁力搅拌器30分钟，再缓慢加入0.4g草酸，继续搅拌30分钟；