CN101574653B - 一种具有可见光响应的钛酸铋光催化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有可见光响应的钛酸铋光催化材料，该材料是化学式为Bi20TiO32的纯相材料，并通过原料的配制、加热反应、淬火冷却步骤制得，该种材料光催化活性好，具有成本低、催化剂可回收利用，方法简单，易于大规模生产等优点。

Description

一种具有可见光响应的钛酸铋光催化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种光催化材料，特别涉及一种具有可见光响应的钛酸铋光催化材料及其制备方法，属于半导体材料技术领域。
背景技术
随着人类社会的发展，对环境的要求越来越高，而坏境污染是人们亟需解决的问题。自从1972年Fujishima和Honda在TiO2电极上光照下裂解出氢气和氧气以来，半导体光催化材料在能源开发和环境治理方面引起了科学工作者的广泛兴趣。在这些半导体催化材料中，TiO2具有无毒、价格较低以及稳定性好等优而成为最为广泛应用光催化材料。然而，由于TiO2具有较宽的带隙(锐钛矿相带隙为3.2eV，金红石相带隙是3.0eV)，其只能吸收只占太阳光谱中的4％左右的紫外波段，而对占据太阳光谱中较大比例的可见光区域(约占43％)无响应，这就限制了其对太阳光的实际应用。因此，寻找具有可见光响应的光催化材料是非常重要的。
近年来，铋系材料引起了人们的广泛注意。其价带是由Bi 6s轨道和O 2p轨道杂化而成，从而提高了价带的位置使半导体的禁带宽度减小而具有可见光吸收。另外，由于Bi 6s轨道较大的分散型特征，使得杂化价带的分散型大大增加，从而提高了光生载流子的传输能力。钛酸铋材料属于复杂体系，包括Bi2Ti2O7、Bi2Ti4O11、Bi4Ti3O12、Bi12TiO20以及Bi20TiO32等不同相，近年来在铁电材料、介电材料、传感器、电容器和光折射材料等方面有着广泛的应用。Bi2Ti2O7、Bi4Ti3O12和Bi12TiO20在光催化方面的性质也有报道。钛酸铋材料光催化性能的不同在于它们具有不同的晶相结构和电子结构。目前，含Bi20TiO32钛酸铋光催化材料主要为非纯相的，由于Bi20TiO32材料的亚稳定性，目前还没有关于制备出纯相Bi20TiO32光催化材料的报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种具有可见光响应的钛酸铋光催化材料，该种材料光催化活性好，具有成本低、催化剂可回收利用，方法简单，易于大规模生产等优点。
本发明的另一目的是提供该种具有可见光响应的钛酸铋光催化材料的制备方法。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
一种具有可见光响应的钛酸铋光催化材料，其特征在于，该材料是化学式为Bi20TiO32的纯相材料。
所述的具有可见光响应的钛酸铋光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
1)原料的配制：称取分析纯级的TiO2和Bi2O3作为原料，按照Ti与Bi的摩尔比为1∶20进行配料，将所配原料放入混料机中混匀，混料机转速200-250转/分钟，混料时间2-2.5小时；
2)加热反应：将步骤1)得到的混合物置于铂坩埚中，再将铂坩埚放入提前预热至900-1100℃的马弗炉中，反应2-4分钟；
3)淬火冷却：将反应后的铂坩埚取出迅速放入冷水中淬火，将获得的样品在玛瑙研钵中研细。
所述的具有可见光响应的钛酸铋光催化材料的制备方法，其中步骤2)中所述的马弗炉的预热温度优选1000℃，所述的反应时间优选3分钟。
本发明所述的具有可见光响应的钛酸铋光催化材料，通过X射线衍射测量，结果如附图1，本发明所制备的材料的图谱与Bi20TiO32纯相材料的标准图谱一致，可知所制备的材料为Bi20TiO32纯相材料。
本发明的有益效果为：所述的具有可见光响应的钛酸铋光催化材料，用滤掉400nm以下紫外光的300W高压氙灯照射含有Bi20TiO32的C14H14N3NaO3S(简称MO)溶液(每0.1克Bi20TiO32加入100mlMO溶液，MO浓度为20mg/100ml水)，180分钟可将MO降解75％，表明该材料对可见光有响应。同时该材料的制备工艺简单，成本低，设备简单易操作，且Bi20TiO32可通过过滤回收再利用，有利于环境保护，在工业生产方面的应用很有潜力。
附图说明
图1为本发明材料的XRD图谱；其中下面的谱为标准图谱，上面的谱为本发明所制备材料样品的图谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1
具有可见光响应的钛酸铋光催化材料的制备：
1)原料的配制：称取分析纯级的TiO2和Bi2O3作为原料，按照Ti与Bi的摩尔比为1∶20进行配料，将所配原料放入混料机中混匀，混料机转速200转/分钟，混料时间2小时；
2)加热反应：将步骤1)得到的混合物置于铂坩埚中，再将铂坩埚放入提前预热至900℃的马弗炉中，反应2分钟；
3)淬火冷却：将反应后的铂坩埚取出迅速放入冷水中淬火，将获得的样品在玛瑙研钵中研细。
实施例2
具有可见光响应的钛酸铋光催化材料的制备：
1)原料的配制：称取分析纯级的TiO2和Bi2O3作为原料，按照Ti与Bi的摩尔比为1∶20进行配料，将所配原料放入混料机中混匀，混料机转速200转/分钟，混料时间2小时；
2)加热反应：将步骤1)得到的混合物置于铂坩埚中，再将铂坩埚放入提前预热至900℃的马弗炉中，反应3分钟；
3)淬火冷却：将反应后的铂坩埚取出迅速放入冷水中淬火，将获得的样品在玛瑙研钵中研细。
实施例3
具有可见光响应的钛酸铋光催化材料的制备：
1)原料的配制：称取分析纯级的TiO2和Bi2O3作为原料，按照Ti与Bi的摩尔比为1∶20进行配料，将所配原料放入混料机中混匀，混料机转速200转/分钟，混料时间2小时；
2)加热反应：将步骤1)得到的混合物置于铂坩埚中，再将铂坩埚放入提前预热至1000℃的马弗炉中，反应3分钟；
3)淬火冷却：将反应后的铂坩埚取出迅速放入冷水中淬火，将获得的样品在玛瑙研钵中研细。
实施例4
具有可见光响应的钛酸铋光催化材料的制备：
1)原料的配制：称取分析纯级的TiO2和Bi2O3作为原料，按照Ti与Bi的摩尔比为1∶20进行配料，将所配原料放入混料机中混匀，混料机转速200转/分钟，混料时间2小时；
2)加热反应：将步骤1)得到的混合物置于铂坩埚中，再将铂坩埚放入提前预热至1100℃的马弗炉中，反应4分钟；
3)淬火冷却：将反应后的铂坩埚取出迅速放入冷水中淬火，将获得的样品在玛瑙研钵中研细。

Claims (2)

1.一种具有可见光响应的钛酸铋光催化材料的制备方法，其特征是，该材料是化学式为Bi20TiO32的纯相材料，制备包括以下步骤：
1)原料的配制：称取分析纯级的TiO2和Bi2O3作为原料，按照Ti与Bi的摩尔比为1∶20进行配料，将所配原料放入混料机中混匀，混料机转速200-250转/分钟，混料时间2-2.5小时；
2)加热反应：将步骤1)得到的混合物置于铂坩埚中，再将铂坩埚放入提前预热至900-1100℃的马弗炉中，反应2-4分钟；
3)淬火冷却：将反应后的铂坩埚取出迅速放入冷水中淬火，将获得的样品在玛瑙研钵中研细。
2.按照权利要求1所述的一种具有可见光响应的钛酸铋光催化材料的制备方法，其特征是，步骤2)中所述的马弗炉的预热温度为1000℃，所述的反应时间为3分钟。
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