[发明专利]棒状铁酸铋压电催化剂的制备及其在催化裂解水制备双氧水和氢气中的应用

说明书

本发明属于催化全分解水技术领域，具体涉及棒状铁酸铋压电催化剂的制备及其在催化裂解水制备双氧水和氢气中的应用。本发明通过将五水硝酸铋和九水硝酸铁同时溶解在表面活性剂和水中，滴加氨水沉淀铋离子和铁离子，然后将所得沉淀物溶解到碱性溶液中，最后利用水热反应法，并结合煅烧工艺制备出优化形貌的棒状铁酸铋纳米材料。同时，可以将所制备得到的棒状铁酸铋压电催化剂应用于催化裂解中间水制备双氧水和氢气，与原始的铁酸铋相比，本发明的铁酸铋压电催化产氢和双氧水的效率均得到了大幅度的提升，为利用压电催化剂催化裂解中间水制备双氧水和氢气提供了新的途径和方向。

技术领域

本发明属于催化全分解水技术领域，具体涉及棒状铁酸铋压电催化剂的制备及其在催化裂解水制备双氧水和氢气中的应用。

背景技术

氢气是一种高能量密度的化学燃料，其热值(140MJ·kg^-1)显著高于大多数目前使用的碳氢燃料(如汽油、柴油等，45-50MJ·kg^-1)。同时氢气还是一种清洁染料，在空气中燃烧后只生成水，没有任何温室气体或毒副产物，因此是解决环境问题和能源问题的有效途径。H₂O₂作为一种高效的环境消毒剂，需求日益增多，被广泛用于采矿、电子、纸浆、包装和纺织品漂白等行业中。传统的产氢方式虽然可以用于大规模生产，但会产生环境污染和安全问题。其中，国内主要是使用蒽醌法生产H₂O₂，虽然经过不断改善但依旧会导致高能耗和严重污染。

在新能源技术的发展过程中，半导体催化水分解是一项很有优势的技术。在现有半导体催化水分解技术中，中间水分解技术可以有效解决上述问题。在中间水分解的过程中，自由电子能够将水还原为H₂，空穴将水氧化为H₂O₂，进而实现水的高值化利用，并获取清洁能源。半导体催化水分解技术可在多种能源的驱动下完成，如光能、电能、机械能等。其中，压电催化能有效利用自然界中的风能、水能、潮汐能等，是一种有效的催化方式。压电催化的进行只需单一材料即可进行，由内部产生的引力场驱动载流子的分离，并迁移到材料表面发生氧化-还原反应，此过程可以有效抑制逆反应的进行。同时，压电催化的进行无需考虑能带与反应电位是否匹配，因为载流子的迁移会引起能带倾斜，使得原本高于还原反应电势的导带和低于氧化反应的价带上的载流子也能参与到反应中来。因此，将压电催化应用于全分解水反应有望实现双氧水的绿色高效制备。然而，目前关于中间水分解产氢气和双氧水的研究大多集中在光、电催化领域，而利用压电催化剂催化裂解中间水制备双氧水和氢气的方法不是很多。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种棒状铁酸铋压电催化剂的制备方法，所制备得到的棒状铁酸铋压电催化剂可以应用于催化裂解水制备双氧水和氢气，并提高双氧水和氢气的产率。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供了一种棒状铁酸铋压电催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、将五水硝酸铋和九水硝酸铁溶于水和表面活性剂中，滴加氨水沉淀铋离子和铁离子，收集沉淀物；

S2、将步骤S1所得的沉淀物溶解于碱性溶液后置于100-500℃下加热反应12-72h；

S3、将步骤S2所得反应产物置于450-600℃下煅烧1-3h，即得棒状铁酸铋压电催化剂。

优选地，所述五水硝酸铋和九水硝酸铁的摩尔比为1:(0.5-1.5)。进一步地，所述五水硝酸铋和九水硝酸铁的摩尔比为1:1。

优选地，所述五水硝酸铋与表面活性剂的料液比为(1-5)g/50mL，所述表面活性剂与水的体积比为1:2，所述五水硝酸铋与碱性溶液的料液比为(1-5)g/50mL。进一步地，所述五水硝酸铋与碱性溶液的料液比为3g/50mL。