[发明专利]一种制备BiFeO3/g‑C3N4异质结光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明具体是一种制备BiFeO₃/g-C₃N₄异质结光催化剂的方法，属于光催化剂工艺技术，可用于污水处理等环境治理领域。

背景技术

早期研究的各种半导体催化剂由于具有较宽的带隙值(>3eV)，只能在紫外光(UV)照射下降解有机污染物，例如金属氧化物(ZnO，TiO₂)和金属硫化物(ZnS)。较大的禁带宽度限制了光催化剂的光吸收区域，而紫外光的能量仅占整个太阳光谱能量的5％左右。所以，扩大催化剂吸光范围，进行有效的带隙调控，结合两种窄禁带宽度的半导体制备复合物催化剂引起了人们的兴趣。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)由于其禁带宽度(约为2.7eV)较窄，且具有无毒、量多和稳定性高等优点，逐渐成为非金属光催化剂的首选材料。为了提高光催化活性，人们进行了大量的尝试。其中比较成功的方法是将g-C₃N₄与其他半导体结合以形成复合物或者异质结，这样就可以切实有效地抑制光生电子-空穴对的再次复合。近年来，g-C₃N₄复合光催化剂的相关报道的数量呈上升趋势。从另一方面说，同时具有铁电和铁磁性的铁酸铋(BiFeO₃)一直作为重要的多铁材料被广泛研究。由于具有相对较窄的禁带宽度(约2.2eV左右)，铁酸铋基的光催化剂表现出较强的可见光吸收能力，因此在可见光的照射下可表现出优异的光伏特性。随着碳纳米材料研究的火热，将BiFeO₃与碳材料结合形成复合物的研究成为可行的方法之一。

在本发明中，采用绿色环保的方法首次合成了一种新颖的BiFeO₃/g-C₃N₄异质结光催化剂。据我们所知，至今尚未有合成和应用BiFeO₃/g-C₃N₄异质结光催化剂的相关发明。利用降解甲基橙染料溶液来评价催化剂的活性，其中，g-C₃N₄质量分数为50％的异质结光催化剂的催化效果最佳。

发明内容

技术问题：本发明要解决的问题在于提供一种制备BiFeO₃/g-C₃N₄异质结光催化剂的方法，本制备工艺简单、结晶度较高，可见光催化性能优异。

技术方案：本发明制备BiFeO₃/g-C₃N₄异质结光催化剂的方法具体为：

将三聚氰胺在马弗炉中加热到550℃，并保持4小时，得到g-C₃N₄粉末。分别称量Bi(NO₃)₃·5H₂O和FeCl₃·6H₂O溶于丙酮溶液中超声。加入去离子水搅拌，再加入浓氨水调节pH值。收集沉淀清洗后再分散于去离子水中，加入一定量的NaOH配置成溶液，倒入不锈钢高温反应釜，加热至180℃并保持72小时。自然冷却至室温后，收集沉淀并清洗干燥，得到BiFeO₃粉末。称取适量的g-C₃N₄和BiFeO₃粉末，分别分散于甲醇中，超声后混合，并置于通风厨中持续搅拌，干燥直到甲醇蒸发，得到BiFeO₃/g-C₃N₄粉末。

附图说明

图1是本发明中各产物的XRD图谱。

图2是本发明的BiFeO₃/g-C₃N₄光催化剂的TEM图谱。

图3是本发明的BiFeO₃/g-C₃N₄光催化剂的可见光催化降解曲线。

具体实施方式

下面结合实施实例和有关图表对本发明进行详细阐述，但本发明不限于所给实例：

(1)称量3g三聚氰胺粉末放入氧化铝坩埚并盖上盖子，在马弗炉中加热到550℃，并在该温度下保持4小时。自然冷却后，将淡黄色粉末收集并研磨待用。