[发明专利]一种快速制备多种形貌BiFeO3光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速制备多种形貌BiFeO₃光催化剂的方法，属于光催化剂制备工艺技术领域。

背景技术

作为一种典型的多铁材料，钙钛矿型铁酸铋(BiFeO₃)由于其独特的物理性质和潜在的实际应用，引起研究者们的广泛兴趣。BiFeO₃在室温下同时具有铁电和铁磁序，因此早期研究者们更关注其多铁特性。后来的研究发现，其具有合适的禁带宽度(～2.2eV)和优异的化学稳定性，BiFeO₃的研究逐步拓展到光学等其他领域。不同晶面暴露的材料，其光学特性有可能不同。为了获得不同倾向性的晶面暴露，纳米材料的形貌可控制备成为热点研究内容之一。采用各种改进的制备手段，合成形貌各异的BiFeO₃纳米材料，从而获得更好的电学和光学性能。由于空间几何效应，纳米材料的可控制备越来越表现出其重要性。因此，控制BiFeO₃纳米粒子的尺寸大小和形貌特征对其磁学、电学、光学和催化性质等均起着决定性的影响。

制备纯相的BiFeO₃材料仍然充满挑战，往往产生Bi₂Fe4O₉，Bi₂₅FeO₄₀等杂相，杂相的存在将影响这个材料的电学和磁学性质。相对而言，水热法是制备均一形貌的纳米结构比较常见的方法。采用不同的反应条件，比如加入适量的矿化剂和表面活性剂，能有效的控制晶体成核与生长。

尽管已经有很多研究关注于BiFeO₃的形貌控制和表征，但是还是很有必要去合成不同形状和尺寸的BiFeO₃纳米结构，以获得更好的与形貌和尺寸依赖的物理、化学性质和广泛的实际应用。

发明内容

技术问题：本发明要解决的问题在于提供一种快速制备多种形貌BiFeO₃光催化剂的方法，本制备工艺简单、可控性强，便于获得性能良好的BiFeO₃光催化剂。

技术方案：本发明合成多种形貌BiFeO₃光催化剂的制备方法具体为：

称取适量的五水合硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)和高氯化铁(FeCl₃·6H₂O)按摩尔比1:1溶于50mL丙酮中，辅以超声。加入去离子水200mL，再逐滴加入浓氨水30mL，将析出的沉淀高速离心分离，并分散于35mL去离子水中，加入0.5gPVP和不同质量的NaOH，将配置好的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，收集沉淀并用去离子水和无水乙醇清洗，干燥后即可获得。

附图说明

图1是本发明的BiFeO₃光催化剂的XRD图谱。

图2是本发明的BiFeO₃光催化剂的SEM图谱和催化降解曲线，其中(a)NaOH为0.8g，(b)NaOH为3.2g，(c)NaOH为6.4g，(d)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)按摩尔比1:1分别称取2.425g五水合硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)和1.352g高氯化铁(FeCl₃·6H₂O)加入到50mL含量为99.8％的丙酮中，超声30分钟，获得淡黄色悬浊液。

(2)缓慢加入去离子水200mL，再逐滴加入浓氨水30mL，调节溶液的pH值约为11，同时进行持续搅拌。

(3)将析出的红褐色沉淀高速离心分离，用去离子水多次清洗至pH值为中性。再将红褐色沉淀分散于35mL的去离子水中。

(4)加入0.5g的PVP和0.8g的NaOH，并持续搅拌。

(5)将配置好的溶液倒入特氟龙里衬的不锈钢高温反应釜，加热至180℃并保持72小时。自然冷却至室温后，收集沉淀并用去离子水和无水乙醇各清洗三遍，80℃下干燥5小时，即可获得BiFeO₃光催化剂产物。

图1为所制备的BiFeO₃光催化剂的XRD图谱，从图中可以看出样品的结晶度良好，没有杂相，PDF标准卡为：86-1518。

图2(a-c)为样品的SEM图谱，图2(a)中NaOH为0.8g，样品呈现出米粒型外貌，图2(b)中NaOH为3.2g，样品呈现出小方块外貌，图2(c)中NaOH为6.4g，样品呈现出薄片状外貌，尺寸均在纳米量级，形貌比较均一，分散性较好。图2(d)为薄片状样品的光催化降解曲线，在180分钟的可见光照射下，样品降解甲基橙溶液达70％，催化性能较好。