[发明专利]一种制备高效光催化产双氧水的磷酸铋薄膜的方法

说明书

本发明采用电化学阳极氧化法制备一种具有高效产双氧水性能的磷酸铋薄膜光催化剂。与传统水热法制备磷酸铋相比，本发明的光催化剂的合成，以金属铋片作阳极同时作为铋源，以惰性电极作阴极，以浓磷酸及特定浓度的氢氟酸溶液的混合液作电解质溶液并提供磷酸根离子，在常温下通过施加特定的电压条件即可于几分钟时间内反应合成单斜相的单晶磷酸铋薄膜。本发明涉及的合成方法具有较低成本、较低能耗、较高反应效率、操作简便易于控制、较高安全性的优势，适于工业化规模生产，拥有广泛的潜在应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于阳极氧化法制备高效光催化产双氧水的磷酸铋薄膜的方法，属于电化学与无机材料制备领域。

背景技术

近年来，光催化技术在污染物降解、光催化合成等领域得到广泛运用，关于铋系半导体光催化材料的研究也越来越多：除铋的氧化物外，还有如钒酸铋、钛酸铋、钨酸铋等铋的金属氧酸盐，以及卤氧化铋、磷酸铋等铋的非金属含氧酸盐。相较于其他铋系光催化剂，磷酸铋(BiPO₄)的光催化活性高，特别是在光催化合成双氧水方面优势明显。

作为非二氧化钛系光催化剂中最重要的一类，铋系光催化剂目前的制备方法主要包括水热法、溶剂热法、微波合成法、电化学法、固相法等。例如，中国专利CN111675202A提出了一种通过水热法合成磷酸铋纳米粉体的方法，但该方法需要60h左右的高温处理，耗时较长，制备效率低。专利WO2014136783A1采用微波辅助化学浴沉积法沉积钒酸铋层，但该方法仍需要300℃长时间的煅烧。中国专利CN112138700A采用微波合成法制备磷酸铋粉末，但是微波装置的反应温度难以控制，方法重复性和再现性较差。专利WO2018092945A1通过水热法合成钒酸铋，但是该过程同样需要180℃以上的高温处理。综上所述，目前文献报道的铋系光催化剂，多采用水热法或溶剂热法制备，普遍存在着合成时间长、制备效率低、需要高温处理等问题(Qc A,Wy A,Fu L A,et al.Green,energy-efficient preparation ofCDs-embedded BiPO₄ heterostructure for better light harvesting andconversion,Chemical Engineering Journal,2020,391:123551；Liu Y,Lv Y,Zhu Y,etal.Fluorine mediated photocatalytic activity of BiPO4,Applied Catalysis BEnvironmental,2014,147:851)。文献中采用阳极氧化制备光催化活性差的六方相BiPO₄薄膜已有报道(Yang M,Shrestha N K,Hahn R et al.Electrochemical formation ofBismuth Phosphate Nanorods by Anodization of Bismuth,Electrochemical andSolid-State Letters,2010,13(4),C5-C8)：以添加各种浓度(1，3，5mol/L)氢氟酸的浓磷酸(浓度为85％)作电解液，采用三电极体系，用Ag/AgCl电极作参比电极，用铂片作对电极。以0.25V/S的速率从开路电位升到30V，然后将电位在30V保持1小时。所得为六方相磷酸铋薄膜，无光催化产双氧水活性。

发明内容

为了解决双氧水的原位生产的技术问题，本发明的目的之一在于开发一种具有高效光催化产双氧水性能的磷酸铋薄膜及一种新型的电化学阳极氧化法制备前述薄膜的方法。

本发明的技术构思是采用阳极氧化法，利用金属铋片作阳极的同时作为铋源，在特定的通电条件下于特定配比和氢氟酸/浓磷酸电解质溶液中实现高效光催化产双氧水的磷酸铋薄膜的制备。本发明是通过改变施加电压大小和氢氟酸浓度获得不同于文献中的具有高光催化活性单斜相的。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一目的在于提供一种基于阳极氧化法制备高效光催化产双氧水的磷酸铋薄膜的方法，包括以下步骤：