[发明专利]一种钛酸锂铅/溴氧化铋及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种钛酸锂铅/溴氧化铋及制备方法。

背景技术

近年来，随着全球工业化进程的迅速发展，环境污染问题日益突出。光催化技术以其直接利用太阳光来解决水体污染的优势，得到了越来越多的关注，光催化剂是这项技术的核心。近几年，在众多的半导体光催化剂中，一些铁电氧化物光催化剂受到人们的广泛关注，钛酸铅(PbTiO₃)是一种具有钙钛矿结构，如何改善其光生载流子的传输和分离效率是科研工作者一直努力的方向。因此许多学者通过形成异质结构进行改性。例如，专利CN104785280A一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂及其制备方法，该复合光催化剂由溴氧化铋沉积在二氧化钛纳米片上形成的异质复合材料，其制备步骤包括：将二氧化钛纳米片、巯基乙酸、溴化钾超声分散于去离子水中，混合得均匀的溶液，将硝酸铋溶于乙二醇中；然后将上述两种溶液混合得到乳白色乳浊液，搅拌后静置，离心分离洗涤后得到二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂。专利CN104831256A中公开了一种钛酸铅/二氧化钛二维单晶异质结可见光催化剂的制备方法，以钛酸四正丁酯的乙醇溶液和钙钛矿相钛酸铅单晶纳米片作为水热反应的物料，通过钛酸四正丁酯的水解获得锐钛矿相二氧化钛，以氢氧化钾作为矿化剂调整溶液pH值，并加入去离子水促进钛酸四正丁酯的水解，然后转移至反应釜中进行水热处理，得到钛酸铅/二氧化钛二维单晶异质结可见光催化剂。钛酸铅能带间隙大，光生载流子分离能力差，光催化活性弱。通过复合另一种半导体增强其光催化性能是一种可行的手段。现有技术的复杂性导致成本过高，不易实现工业化生产。迄今为止，钛酸锂铅/溴氧化铋的相关工作尚未见报道，通过引入第二相溴氧化铋提高钛酸铅基材料的光生载流子分子，开发钛酸铅光催化剂的实用价值具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种钛酸锂铅/溴氧化铋高效光催化剂，去达到改善光催化剂载流子分离效率低的问题，同时提供了一种简单易行的制备该材料的方法，该制备方法成本低，生产周期短，易于大规模生产，能够显著提高光生载流子的分离效率，改善材料的光催化性能。

本发明采用如下技术方案：

一种钛酸锂铅/溴氧化铋及制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将Pb(NO₃)₂加入去离子水中，搅拌至完全透明，用NaOH溶液调控溶液的pH值至12～13，形成A液；

步骤2，将Ti(OC₄H₉)₄加入到乙醇溶液中，以50～100W的功率超声分散后得到B液；

步骤3，将Li(NO₃)溶液加入到A液与B液的混合溶液中，形成C液前驱体；

步骤4，配置有C液前驱体的反应釜内胆置于反应釜中进行水热处理，在185～225℃下加热保温12～24 h，让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，将反应釜中的沉淀使用乙醇和去离子水反复洗涤3次，干燥后得到钛酸锂铅；

步骤5，将氧化铋粉末与步骤4中得到的钛酸锂铅混合，加入去离子水后超声分散，然后将氢溴酸溶液加入到上述体系中，其中钛酸锂铅与氧化铋摩尔比为1：(0~0.5)，氧化铋与氢溴酸摩尔比为1：(6~9)，将沉淀使用乙醇和去离子水反复洗涤3次，干燥后得到钛酸锂铅/溴氧化铋。

所述的钛酸锂铅/溴氧化铋及制备方法，其特征在于，所述钛酸锂铅/溴氧化铋中的钛酸锂铅结构为四方相，溴氧化铋为四方相结构。所述的钛酸锂铅/溴氧化铋在光催化方面的应用。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用水热法与溶胶法相结合制备了钛酸锂铅/溴氧化铋复合光催化剂，其中溴氧化铋为四方相，锂的引入并没有改变钛酸铅的物相，仍保持为钙钛矿相。本发明具有制备周期短、生产成本低、工艺方法简便等优点。

(2) 本发明比传统的物理混合或表面生成的方法更加有效提高钛酸锂铅与溴氧化铋的有效接触面积，利于得到更加高效的钛酸锂铅/溴氧化铋复合光催化剂。钛酸锂铅/溴氧化铋在可见光照330min后脱色率可达92.1％，钛酸锂铅粉体在可见光照330min后的脱色率为30.7％，溴氧化铋在可见光照射330min后脱色率为47.5%，钛酸锂铅/溴氧化铋的脱色率较溴氧化铋和钛酸锂铅有很大的提高。

附图说明

图1是本发明实施例2中制备的钛酸锂铅/溴氧化铋的XRD衍射图谱；

图2是本发明实施例1～3中制备的溴氧化铋、钛酸锂铅和钛酸锂铅/溴氧化铋的光催化脱色率曲线。