CN102698733A - 低温相氧化铋光催化剂的退火方法 - Google Patents
低温相氧化铋光催化剂的退火方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102698733A CN102698733A CN201210192823XA CN201210192823A CN102698733A CN 102698733 A CN102698733 A CN 102698733A CN 201210192823X A CN201210192823X A CN 201210192823XA CN 201210192823 A CN201210192823 A CN 201210192823A CN 102698733 A CN102698733 A CN 102698733A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bismuth oxide
- annealing
- temperature
- visible light
- temperature phase
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明提供一种低温相氧化铋光催化剂的退火方法，属于半导体光催化领域。将氧化铋和供氧化合物真空密封，在300℃～900℃温度中，保温时间为1-72小时进行高温保温退火，最后自然降温。该方法提高其对于可见光的利用率，进而提高其可见光光催化效率。
Description
技术领域
本发明涉及在高压氧气氛条件下对低温相氧化铋光催化材料进行高温退火处理以提高其对于可见光的利用率，属于半导体光催化领域。
背景技术
半导体催化剂由于其在处理污水上的潜在应用而受到广泛关注。低温相（α相）半导体Bi2O3的带隙能为2.85 eV，结构特征是在准八面体的结构单元{BiO5}中含有变形的五配位的Bi。其晶体结构数据为：α=0.584 (2) nm，b=0.815 (3) nm，c=0.750 (3) nm，β=112.97(1)°，空间群为P21/c，并且具有氧空位多、光生电子和空穴分离能力强、光折射率高等优点，是研究前景广阔的新型光催化剂。国外学者于1988年使用Bi2O3粉体作为光催化剂[1]，在紫外光条件下进行水中降解有机污染物的实验，并得到了良好的效果。但Bi2O3光催化剂难以走向实用化，其原因在带隙较宽，理论上只能波长λ≤435 nm的紫光和紫外光才能使其激发出光生电子空穴，在绝大部分可见光范围内没有光响应。因此，其吸收谱带仅限于紫光和紫外光的弱点成为了其实际化应用的瓶颈问题，因而如何进一步拓宽氧化铋对于可见光的吸收谱带进而提高催化效率仍是重要研究课题。为了提高氧化铋对于可见光的利用率，人们对氧化铋进行各种改性，但依旧没有得到实质性的进展。
我们知道，通过创造对可见光响应的深能级晶格缺陷如氧空位[2]，使得材料产生从价带到深受主能级或者受施主能级到导带的电子跃迁，则有望解决宽带隙材料对可见光无响应或利用率较低的难题。因此，我们提出，如果可以通过一定的退火处理在氧化铋晶格中创造理论受主能级很深的Bi空位缺陷，则很有可能展宽氧化铋材料对可见光的吸收谱带，因此，一方面有望推动氧化铋材料的实际应用，另一方面提高氧化铋材料对于可见光的利用率，从而有望大幅度改善其光催化效果。在前期工作中，我们发现在高压氧气氛退火环境中，ZnO半导体单晶中容易产生Zn空位缺陷，这意味着在富氧高温环境下，氧化物半导体中很容易产生金属空位缺陷。因此，借用这一思路，我们可以通过高压氧气氛的高温退火，进而在氧化铋中创造高浓度的Bi受主型空位缺陷，最终提高氧化铋材料对于可见光的利用率。
参考文献：
[1] H. Anthony, M. T. John, W. Z. Zhou, et al. Anew family of photocatalysts based on Bi2O3. Journalof Solid State Chemistry, 1988,1:126-130.
[2] Chang, G. Yu, J. Huang, Z. Li, S. Zhu, P. Yu,C. Cheng, S. Deng and G. Ji, Catalyst Today, 2010, 153:193–199.
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过增加氧气分压，提高低温相氧化铋光催化材料对于可见光的利用率的退火方法。
本发明的技术方案是采取在密封的石英管中，加入供氧物（可受热分解产生氧气的化合物或者它们的混合物）和低温相氧化铋，加热使供氧化合物分解产生氧气，从而产生压强大于一个大气压的氧气气氛，达到提高氧化铋对于可见光的利用率的目的。
本发明提供的方法包括以下步骤：将氧化铋和供氧化合物真空密封，置于加热炉进行高温保温退火，最后自然降温，获得对可见光吸收谱带宽且吸收强度高的氧化铋。
所述的供氧化合物为高锰酸钾、氯酸钾或过氧化物，或者前述化合物的混合物。
所述的高温退火保温为300℃～730℃，保温时间为1-72小时。
本发明的机理和技术特点是在通过提高氧分压的方法来产生对可见光响应的缺陷能级铋空位晶格缺陷，进而使得氧化铋对可见光产生吸收，最终提高氧化铋的光催化效率。
本发明所采用的通过增加氧气分压对氧化铋进行退火的方法，加热后，石英管中可以产生3-4个大气压的氧气氛，从而有效地产生铋空位这种对可见光响应的深受主能级，使得氧化铋在可见光照射下具有增强的光催化活性。
具体实施方式
下面通过具体实施例的阐述，进一步阐明本发明的实质性特点和显著的进步。
实施例1
将氧化铋粉末放入石英坩埚中。石英坩埚内径9 mm，外径13 mm，在另一个石英坩埚中放置0.25 g的高锰酸钾粉末，依次将两个石英坩埚放入石英管。石英管内径14 mm，外径20 mm，对石英管进行抽低真空至4-5 Pa，用湿的纸巾保住石英管底部，边抽真空边对石英管上部用氢氧焰进行封管，将封好的石英管放置到加热炉中，设置退火程序：首先，从常温经过18个小时升到600 ℃，在600 ℃维持12个小时，再从600 ℃自然降温到室温，将石英管割开，取出氧化铋粉末，将0.2g的经过退火处理和没经过退火处理的氧化铋粉末在磁子搅拌作用下悬浮于浓度为10-5mol/L的罗丹明B溶液中，在滤掉紫外光的Xe灯（功率为200 W），每隔5分钟检测罗丹明B溶液浓度。研究表明，退火后的样品其光降解反应速率常数是未退火样品的11倍。
实施例2
按照实施例1的步骤，区别是在例1步骤2中的0.25 g 的高锰酸钾改为0.12 g的过氧化钠。研究表明，退火后的样品其光降解反应速率常数是未退火样品的8倍。
实施例3
按照实施例1的步骤，区别是在例1步骤7中的罗丹明B溶液改为曙红B溶液。研究表明，退火后的样品其光降解反应速率常数是未退火样品的13倍。
应该指出以上所述的实施实例只是用3个例子来说明本发明，它不应是对本发明的限制，同时熟悉该技术的都知道，对本发明可以进行在文中没有描述的各种改进，而这些改进都不会偏离本专利的精神和范围。
Claims (2)
1.一种低温相氧化铋光催化剂的退火方法，该方法包括以下步骤：将氧化铋和供氧化合物真空密封，在300℃～900℃温度中，保温时间为1-72小时进行高温保温退火，最后自然降温。
2.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于：所述的供氧化合物为高锰酸钾、氯酸钾或过氧化物，或者前述化合物的混合物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210192823.XA CN102698733B (zh) | 2012-06-12 | 2012-06-12 | 低温相氧化铋光催化剂的退火方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210192823.XA CN102698733B (zh) | 2012-06-12 | 2012-06-12 | 低温相氧化铋光催化剂的退火方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102698733A true CN102698733A (zh) | 2012-10-03 |
| CN102698733B CN102698733B (zh) | 2014-08-20 |
Family
ID=46891955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210192823.XA Active CN102698733B (zh) | 2012-06-12 | 2012-06-12 | 低温相氧化铋光催化剂的退火方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102698733B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103253704A (zh) * | 2013-04-12 | 2013-08-21 | 武汉理工大学 | 半导体多孔氧化铋纳米球及其制备方法和应用 |
| CN104801324A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-07-29 | 北京师范大学 | 一种磷酸钒锂-氧化铋可见光催化活性多孔纤维及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101204652A (zh) * | 2007-12-19 | 2008-06-25 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种高效半导体异质结光催化材料及其制备方法 |
| CN102140688A (zh) * | 2011-03-12 | 2011-08-03 | 陕西科技大学 | 一种Bi2O3多晶的制备方法 |
-
2012
- 2012-06-12 CN CN201210192823.XA patent/CN102698733B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101204652A (zh) * | 2007-12-19 | 2008-06-25 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种高效半导体异质结光催化材料及其制备方法 |
| CN102140688A (zh) * | 2011-03-12 | 2011-08-03 | 陕西科技大学 | 一种Bi2O3多晶的制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103253704A (zh) * | 2013-04-12 | 2013-08-21 | 武汉理工大学 | 半导体多孔氧化铋纳米球及其制备方法和应用 |
| CN104801324A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-07-29 | 北京师范大学 | 一种磷酸钒锂-氧化铋可见光催化活性多孔纤维及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102698733B (zh) | 2014-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Water splitting from dye wastewater: a case study of BiOCl/copper (II) phthalocyanine composite photocatalyst | |
| Wang et al. | Mild generation of surface oxygen vacancies on CeO 2 for improved CO 2 photoreduction activity | |
| CN105032465A (zh) | 金属氧化物/氮化碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| Cheng et al. | Synthesis of bismuth molybdate photocatalysts for CO2 photo-reduction | |
| CN106140141A (zh) | 一种含氧缺陷的ZnWO4光催化材料及其制备方法 | |
| CN104108682B (zh) | 一种具有可见光响应的氢化锗及其制备方法和应用 | |
| Dong et al. | Controlled synthesis of T-shaped BiVO4 and enhanced visible light responsive photocatalytic activity | |
| CN105771948A (zh) | 具有高光催化制氢性能的双壳二氧化钛催化剂及其制备方法 | |
| CN109665560B (zh) | 一种碳、氮掺杂的全光谱吸收的BiOCl及其制备方法和应用 | |
| CN111111434A (zh) | 一种红外加热催化降解VOCs气体的设备 | |
| CN104646003A (zh) | Nd3-xCoxNbO7-硅锌分子筛复合多孔纳米催化材料的制备及应用 | |
| CN108435229A (zh) | 一种磷掺杂多级孔道氮化碳纳米片及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Solar light photocatalysis using Bi 2 O 3/Bi 2 SiO 5 nanoheterostructures formed in mesoporous SiO 2 microspheres | |
| Pandiyarajan et al. | UV-A light-induced photodegradation of Acid Blue 113 in the presence of Sm-doped ZnO nanostructures | |
| CN102698733B (zh) | 低温相氧化铋光催化剂的退火方法 | |
| CN102489286A (zh) | 一种光催化活性碳掺杂氧化钛薄膜的制备方法 | |
| Wu et al. | Microwave-hydrothermal preparation of flower-like ZnO microstructure and its photocatalytic activity | |
| CN108671956B (zh) | 一种离子填充石墨相氮化碳纳米片的制备方法 | |
| CN111672528A (zh) | 改性氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN102671677B (zh) | 提高氯氧化铋光催化剂对可见光吸收的退火方法 | |
| CN103521211B (zh) | 一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法 | |
| CN111774051A (zh) | 光热催化醇类脱水制乙烯和有机产物的催化剂及制备方法 | |
| CN103145135A (zh) | 一种制备具有单一物相的硅酸铋纳米粉体的方法 | |
| CN110510597A (zh) | 一种利用蔗糖制备高纯碳的方法 | |
| CN102302943A (zh) | 利用工业钛白粉合成氮掺杂纳米二氧化钛的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |