CN101863514A - P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFe03纳米微晶的方法 - Google Patents
P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFe03纳米微晶的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101863514A CN101863514A CN 201010152401 CN201010152401A CN101863514A CN 101863514 A CN101863514 A CN 101863514A CN 201010152401 CN201010152401 CN 201010152401 CN 201010152401 A CN201010152401 A CN 201010152401A CN 101863514 A CN101863514 A CN 101863514A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bifeo3
- mentioned
- porous
- bifeo
- sintering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFeO3纳米微晶的方法，属无机非金属材料及半导体光催化材料制备工艺技术领域。本发明的要点是：以金属硝酸盐即九水合硝酸铁和五水合硝酸铋为原料，以P123为表面活性剂及造孔剂，采用溶胶凝胶法，并在400-600℃高温下烧结，最终制得多孔BiFeO3微晶。该多孔BiFeO3微晶是有较大的比表面积以及较高的光催化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFeO3纳米微晶的方法，属无机非金属材料及半导体光催化材料制备工艺技术领域。
背景技术
BiFeO3是一种钙钛矿结构的材料。由于其三方扭曲的赝立方晶体结构，该材料显示出铁电性和铁磁性。以往BiFeO3的研究主要集中在其多铁性方向，最近该材料在半导体光催化领域的应用潜力得到人们的关注，成为新的研究热点。
光催化技术是指利用半导体氧化物材料在光照下产生具有还原氧化能力的光生电子空穴对，利用光能有效的光解水、氧化分解有机物、和还原重金属离子等。该技术可将污染物深度降解为CO2、H2O和无机离子，并且无二次污染，是一种具有广阔前景的绿色环境治理技术，受到学术界、政府部门及企业界的高度重视。钙钛矿BiFeO3晶体结构中的Fe3+是光催化活性中心，Bi3+不仅起到稳定材料骨架作用，还可以影响B位铁离子的价态，从而影响光催化性能。BiFeO3作为光催化材料的突出优势是禁带宽度为2.18eV，可以实现可见光响应。这大大弥补了当今常用光催化材料TiO2只能紫外响应的不足，因为近地太阳光能量大部分集中在可见光谱段，TiO2应用主要依靠人工紫外光源，成本高，耗能大，影响了该材料的应用与推广。
BiFeO3微晶光催化降解有机污染物的报道并不多。2006年南京大学的高峰等人用溶胶凝胶法制备出粒径为80～120nm的球状BiFeO3纳米颗粒，显示出可见光催化活性，但效率较低，采用高达约9g/L的催化剂量，用时16小时才将15mg/L的甲基橙溶液降解完毕。2009年湖北大学刘志珂等人采用共沉淀法制备出粒径为150～200nm的BiFeO3纳米颗粒，由于粒径较大，不具有可见光催化活性，仅在紫外光照射下有降解作用。以上说明光催化剂降解有机污染物的活性受到其粒径、比表面积、纯度等影响，这些因素对合成工艺参数非常敏感。较小的粒径，较大的比表面积以及高纯度的催化剂具有更高的活性。固相法及共沉淀法合成的BiFeO3微晶在烧结过程中会不可避免地出现晶粒会长大而且容易产生杂相。而传统的溶胶凝胶法由于采用较为昂贵的有机盐原料，并且在制备过程中挥发出大量有毒物质，也与绿色节约环保理念不适应。本发明采用无机盐溶胶凝胶法，利用表面活性剂Pluronic P123作为造孔剂改性，合成出了晶粒尺寸为30～60nm左右且具有孔道结构的纯相BiFeO3微晶，大大提高了光催化活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种以金属硝酸盐即九水合硝酸铁和五水合硝酸铋为原料，以P123为表面活性剂，采用溶胶凝胶法获得纯相的、具有多孔形貌的BiFeO3纳米微晶的方法。
本发明是一种P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFeO3纳米微晶的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.原料的配制：使用分析纯的Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O作为原料，按照Fe∶Bi摩尔比1∶1称料后将两者混和，置于烧瓶中；
b.溶胶的配制：将分析纯乙二醇加入上述烧瓶作为溶剂以及络合剂，通过磁力搅拌，使无机盐原料完全溶解，成为均匀的混合溶液；加入一定量分析纯冰醋酸作为稳定剂，将上述溶液置于油浴装置中，在70℃恒温搅拌30分钟，此时要加冷凝回流装置，防止溶液蒸发过快；加入一定量分析纯P123作为表面活性剂和造孔剂，继续70℃恒温搅拌2小时，得到褐红色溶胶；
c.凝胶的形成：将上述褐红色溶胶倒入培养皿中，放入70℃烘箱内通风干燥2天，使其充分老化，形成褐红色干凝胶；将所得干凝胶在研钵中充分研磨，得到黄色干凝胶粉；
d.凝胶粉的烧结：将上述干凝胶粉放入马弗炉进行烧结，控制升温速率为1℃/min，反应环境为空气或者保护气氛(如氮气，氧气)，烧结最高温度为400℃～600℃，在最高温度保温30分钟，随炉冷却至室温，可以得到一系列不同晶粒尺寸及形貌的烧结物；
e.洗涤和干燥：将上述烧结物用去离子水和乙醇进行洗涤，在80℃的烘箱内干燥，即得到BiFeO3微晶。
上述的P123为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，其表达式为PEO-PPO-PEO。
本发明的特点如下所述：本发明采用改进的溶胶凝胶工艺，采用廉价的无机盐为原料，并用P123作为表面活性剂以及造孔剂，在一定温度范围内烧结凝胶，得到比表面积较大的多孔BiFeO3微晶，极大的提高了其可见光催化活性。该发明中，P123一方面作为表面活性剂抑制烧结过程中晶粒长大；另一方面作为造孔剂，烧结后形成孔道结构，增加比表面积。
附图说明
图1为本发明中所得BiFeO3晶体的X射线衍射(XRD)图。
图2为本发明中所得BiFeO3晶体的氮气吸附脱附曲线图。
图3为本发明中所得BiFeO3晶体的光催化降解甲基橙图。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例：本实施例中的制备过程和步骤如下：
(1)原料的配制：称取4.0400g分析纯Fe(NO3)3·9H2O和4.8507g分析纯Bi(NO3)3·5H2O作为原料，将两者混和，置于150ml圆底烧瓶中；
(2)溶胶的配制：将20ml分析纯乙二醇加入上述烧瓶作为溶剂以及络合剂，通过磁力搅拌，使无机盐原料完全溶解，成为均匀的混合溶液；加入1ml分析纯冰醋酸作为稳定剂，将上述溶液置于油浴装置中，在70℃恒温搅拌30分钟，此时要加冷凝回流装置，防止溶液蒸发过快；加入1.5000g分析纯P123作为表面活性剂和造孔剂，继续70℃恒温搅拌2小时，得到褐红色溶胶；
(3)凝胶的形成：将上述红色溶胶倒入培养皿中，放入70℃烘箱内通风干燥2天，使其充分老化，形成褐红色干凝胶；将所得干凝胶在研钵中充分研磨，得到黄色干凝胶粉；
(4)凝胶粉的烧结：将上述干凝胶粉放入马弗炉进行烧结，控制升温速率为1℃/min，反应环境为空气，烧结最高温度为450℃，保温30分钟，随炉冷却至室温，得到烧结物；
(5)洗涤和干燥：将上述烧结物用去离子水和乙醇进行反复洗涤3遍，在80℃的烘箱内干燥1天，即得到BiFeO3微晶。
上述实施例所得的BiFeO3微晶进行表征和光催化性能测试，各项测试如下：
1、X射线衍射仪(XRD)检测：检测结果见图1，图1为本发明中得到的纳米级别BiFeO3微晶的X射线衍射(XRD)图。从图1中可看出，所制得的BiFeO3微晶，具有典型的钙钛矿结构(属于R3c空间点群)，P123的加入并未导致杂相的产生。
2、多孔纳米BiFeO3微晶的比表面积测试以及孔特征测试：检测结果见图2，图2为本发明中得到的多孔纳米BiFeO3微晶的氮气吸附脱附曲线图。从图2中可以看出，450℃烧结得到的BiFeO3微晶的氮气吸附脱附曲线有明显的滞后环，属于IV型，证明其确实具有多孔性。根据曲线，通过公式计算得到所得样品的比表面积为11.33m2g-1，而无孔道结构的样品的比表面积仅为1.15m2g-1。说明P123的加入既抑制了晶粒在烧结过程中的长大，又导致孔道结构的产生，两者均可以增加BiFeO3微晶的比表面积。
3、光催化性能测试：测试结果见图3，图3为本发明中得到的多孔纳米BiFeO3微晶的光催化降解曲线。从图3中可看出，该晶体在可见光下表现出较高的光催化性。以10mg/L的甲基橙溶液为污染物，采用1g/L作为催化剂用量，用500W氙灯作为光源，采用420nm截止型滤波片将紫外光部分滤掉，在可见光下光照3小时降解了57％。如果不加滤波片，那么多孔BiFeO3微晶在紫外-可见光照射下的催化活性更高，光照3小时降解了79％。该样品的催化效果均优于已有BiFeO3微晶文献报道。
Claims (1)
1.一种以P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFeO3纳米微晶的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.原料的配制：使用分析纯的Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O作为原料，按照Fe∶Bi摩尔比1∶1称料后将两者混和，置于烧瓶中；
b.溶胶的配制：将分析纯乙二醇加入上述烧瓶作为溶剂以及络合剂，通过磁力搅拌，使无机盐原料完全溶解，成为均匀的混合溶液；加入一定量分析纯冰醋酸作为稳定剂，将上述溶液置于油浴装置中，在70℃恒温搅拌30分钟，此时要加冷凝回流装置，防止溶液蒸发过快；加入一定量分析纯P123作为表面活性剂和造孔剂，继续70℃恒温搅拌2小时，得到褐红色溶胶；
c.凝胶的形成：将上述褐红色溶胶倒入培养皿中，放入70℃烘箱内通风干燥2天，使其充分老化，形成褐红色干凝胶；将所得干凝胶在研钵中充分研磨，得到黄色干凝胶粉；
d.凝胶粉的烧结：将上述干凝胶粉放入马弗炉进行烧结，控制升温速率为1℃/min，反应环境为空气或者保护气氛(如氮气，氧气)，烧结最高温度为400℃～600℃，在最高温度保温30分钟，随炉冷却至室温，得到一系列不同晶粒尺寸及形貌的烧结物；
e.洗涤和干燥：将上述烧结物用去离子水和乙醇进行洗涤，在80℃的烘箱内干燥，即得到BiFeO3微晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010152401 CN101863514A (zh) | 2010-04-20 | 2010-04-20 | P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFe03纳米微晶的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010152401 CN101863514A (zh) | 2010-04-20 | 2010-04-20 | P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFe03纳米微晶的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101863514A true CN101863514A (zh) | 2010-10-20 |
Family
ID=42955487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010152401 Pending CN101863514A (zh) | 2010-04-20 | 2010-04-20 | P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFe03纳米微晶的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101863514A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102086119A (zh) * | 2010-12-09 | 2011-06-08 | 华中科技大学 | 一种室温多铁性BiFeO3-SrTiO3固溶体陶瓷的制备方法 |
| CN104211125A (zh) * | 2014-09-05 | 2014-12-17 | 上海电力学院 | 一种固定化纳米多孔BiFeO3及其制备方法 |
| CN105521789A (zh) * | 2016-01-04 | 2016-04-27 | 南京林业大学 | 一种多孔纳米BiFeO3的制备方法 |
| CN108837823A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-20 | 万华化学集团股份有限公司 | 一种钙钛矿型催化剂及其整体式成型方法和应用 |
| CN109682847A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-26 | 上海大学 | 组合材料芯片的高通量材料合成及同步辐射光源高通量表征方法 |
| CN109702186A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-03 | 合肥学院 | 一种金属铋纳米壳材料及其制备方法 |
| CN110498676A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-11-26 | 江西科技学院 | 一种纳米陶瓷及制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101186341A (zh) * | 2007-12-03 | 2008-05-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种(100)择优取向铁酸铋薄膜的制备方法 |
-
2010
- 2010-04-20 CN CN 201010152401 patent/CN101863514A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101186341A (zh) * | 2007-12-03 | 2008-05-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种(100)择优取向铁酸铋薄膜的制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 《18th IEEE International Symposium on the Applications of Ferroelectrics (ISAF)》 20091231 Juyue Song et al. Synthesis and Characterization of Porous BiFeO3 Nanoparticles via a Pluronic P123-Assisted Sol-Gel Method 第1页右栏第2段 1 , 2 * |
| 《Journal of Alloys and Compounds》 20080620 Jia-Huan Xu et al. Low-temperature synthesis of BiFeO3 nanopowders via a sol-gel method 第2.1节 1 第472卷, 2 * |
| 《Materials Letters》 20051231 Jong Kuk Kim et al. Sol-gel synthesis and properties of multiferroic BiFeO3 第2节 1 第59卷, 2 * |
| 《无机化学学报》 20100331 李顺等 铁酸铋粉体：硝酸钾辅助水热合成的形貌调控及可见光催化性能 第1节 1 第26卷, 第3期 2 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102086119A (zh) * | 2010-12-09 | 2011-06-08 | 华中科技大学 | 一种室温多铁性BiFeO3-SrTiO3固溶体陶瓷的制备方法 |
| CN104211125A (zh) * | 2014-09-05 | 2014-12-17 | 上海电力学院 | 一种固定化纳米多孔BiFeO3及其制备方法 |
| CN105521789A (zh) * | 2016-01-04 | 2016-04-27 | 南京林业大学 | 一种多孔纳米BiFeO3的制备方法 |
| CN105521789B (zh) * | 2016-01-04 | 2019-05-14 | 南京林业大学 | 一种多孔纳米BiFeO3的制备方法 |
| CN108837823A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-20 | 万华化学集团股份有限公司 | 一种钙钛矿型催化剂及其整体式成型方法和应用 |
| CN109682847A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-26 | 上海大学 | 组合材料芯片的高通量材料合成及同步辐射光源高通量表征方法 |
| CN109682847B (zh) * | 2018-12-03 | 2021-08-06 | 上海大学 | 组合材料芯片的高通量材料合成及同步辐射光源高通量表征方法 |
| CN109702186A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-03 | 合肥学院 | 一种金属铋纳米壳材料及其制备方法 |
| CN110498676A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-11-26 | 江西科技学院 | 一种纳米陶瓷及制备方法 |
| CN110498676B (zh) * | 2019-09-17 | 2022-08-12 | 江西科技学院 | 一种纳米陶瓷及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yu et al. | Soft-template assisted construction of superstructure TiO2/SiO2/g-C3N4 hybrid as efficient visible-light photocatalysts to degrade berberine in seawater via an adsorption-photocatalysis synergy and mechanism insight | |
| Zinatloo-Ajabshir et al. | Green synthesis and characterization of Dy2Ce2O7 ceramic nanostructures with good photocatalytic properties under visible light for removal of organic dyes in water | |
| CN101863514A (zh) | P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFe03纳米微晶的方法 | |
| Meng et al. | Hierarchical structured ZnFe2O4@ SiO2@ TiO2 composite for enhanced visible-light photocatalytic activity | |
| Ahmed et al. | Control synthesis of metallic gold nanoparticles homogeneously distributed on hexagonal ZnO nanoparticles for photocatalytic degradation of methylene blue dye | |
| Tang et al. | Nanostructured cerium oxide: preparation, characterization, and application in energy and environmental catalysis | |
| Chen et al. | Magnetic recyclable lanthanum-nitrogen co-doped titania/strontium ferrite/diatomite heterojunction composite for enhanced visible-light-driven photocatalytic activity and recyclability | |
| Chen et al. | Fabrication of magnetically recyclable Ce/N co-doped TiO2/NiFe2O4/diatomite ternary hybrid: improved photocatalytic efficiency under visible light irradiation | |
| Azimi-Fouladi et al. | Sol-gel synthesis and characterization of TiO2-CdO-Ag nanocomposite with superior photocatalytic efficiency | |
| Zhao et al. | From solid-state metal alkoxides to nanostructured oxides: a precursor-directed synthetic route to functional inorganic nanomaterials | |
| Zhou et al. | Enhanced photocatalytic activity of flowerlike Cu2O/Cu prepared using solvent-thermal route | |
| Janani et al. | Visible light driven photocatalytic activity and efficient antibacterial activity of ZnFe2O4 decorated CdO nanohybrid heterostructures synthesized by ultrasonic-assisted method | |
| Chen et al. | Facile synthesis of CdS nanorods with enhanced photocatalytic activity | |
| CN106984301B (zh) | 一种有序介孔结构锰铈钛催化剂及制备方法和用途 | |
| Hu et al. | ZnO/Co3O4 Porous Nanocomposites Derived from MOFs: Room‐Temperature Ferromagnetism and High Catalytic Oxidation of CO | |
| Du et al. | RE/ZrO2 (RE= Sm, Eu) composite oxide nano-materials: Synthesis and applications in photocatalysis | |
| Gao et al. | Zeolitic Imidazolate Framework 8‐Derived Au@ ZnO for Efficient and Robust Photocatalytic Degradation of Tetracycline | |
| Wei et al. | A new catalytic composite of bentonite-based bismuth ferrites with good response to visible light for photo-Fenton reaction: Preparation, characterization and analysis of physicochemical changes | |
| CN105417574A (zh) | 一种由纳米片组装的三维层状多孔氧化锌微球的制备方法 | |
| Gao et al. | Hydrothermal synthesis of series Cu-doped Bi2WO6 and its application in photo-degradative removal of phenol in wastewater with enhanced efficiency | |
| Zhou et al. | Construction of heterojunction and homojunction to improve the photocatalytic performance of ZnO quantum dots sensitization three-dimensional ordered hollow sphere ZrO2–TiO2 arrays | |
| Zhi et al. | Hierarchically porous BiOCl@ NiCo 2 O 4 nanoplates as low-cost and highly efficient catalysts for the discoloration of organic contaminants in aqueous media | |
| Zhou et al. | Synergistic effect of ZnO QDs and Sn4+ ions to control anatase-rutile phase of three-dimensional ordered hollow sphere TiO2 with enhanced photodegradation and hydrogen evolution | |
| CN110872135A (zh) | 一种分层多孔NiCo2O4纳米片基纳米管结构材料及其制备方法和应用 | |
| Nimshi et al. | Effective microwave assisted synthesis of CoFe2O4@ TiO2@ rGO ternary nanocomposites for the synergic sonophotocatalytic degradation of tetracycline and c antibiotics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20101020 |