CN102941106A

CN102941106A - C60/Bi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法

Info

Publication number: CN102941106A
Application number: CN2012104808390A
Authority: CN
Inventors: 李贵生; 蒋波; 徐鹏鹏; 张蝶青; 李和兴
Original assignee: Shanghai Normal University
Current assignee: Shanghai Normal University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2013-02-27

Abstract

本发明公开了一种C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法，其步骤为：一定质量的钛源溶于醇液A，搅拌4h，制得钛源溶液；同时将0.624g的Bi(NO₃)₃·5H₂O，溶于醇液B中；搅拌4h，制得铋源溶液；然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比分别为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温；经离心，并用去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂。其有益效果为：所使用的化学试剂均为常用试剂、廉价易得，方法工艺简单。

Description

C60/Bi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种光催化剂的制备方法，具体为C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法。属于光催化剂技术领域。

背景技术

TiO₂由于廉价、无毒、稳定等优点被广泛地用作光催化剂。但是受TiO2禁带宽度的限制（3.2eV），它仅可以吸收紫外光（占太阳光的4%）。为了提高对太阳光的利用，近年来开发新型可见光光催化剂的研究越来越多，如合成BiVO₄,BiWO₆,Ag₃PO₄,SrTiO₃,Sm₂Ti₂S₂O₅和Bi₅O₇I₃等非钛类的可见光催化剂逐渐成为研究热点。

目前Bi₂TiO₄F₂的合成主要是通过高温固相反应，在高温下形成没有规则形貌的Bi₂TiO₄F₂，其粒子堆积严重，比表面积极其小，且晶相不纯，含少量的BiOF和TiO₂杂质等因素导致可见光活性低。本项研究工作通过溶剂热法，合成了具有多级结构钙钛矿型可见光催化剂Bi₂TiO₄F₂微米球过程中原位加入C₆₀合成C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂。

C₆₀是n-型能隙半导体，吸收可见光，具有较高的电子迁移率，有利于电子传输。同时C₆₀由于具有独特的电子结构,较小的电子转移重组能和强的亲和性等而成为重要的电子受体。C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂，C₆₀作为电子受体有利于电子-空穴的分离，为进一步提高光催化效率提供新工艺新材料。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种简单易行、产率高的C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法，以解决现有技术的上述问题。

本发明的高活性C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂，采用叔丁醇和乙二醇双醇体系作为溶剂，采用四氟化钛为钛源，Bi(NO₃)₃·5H₂O为铋前躯体用水热一步法制得。C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂中C₆₀作为电子受体能有效地分离电子和空穴，从而提高光催化活性。所以该催化剂能快速高效降解染料废水，并以罗丹明B，MO染料作为模拟污染物有着较好效果。

所述的C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1）一定质量的钛源溶于醇液A，搅拌4h，制得钛源溶液；同时将0.624g的Bi(NO₃)₃·5H₂O，溶于醇液B中；搅拌4h，制得铋源溶液；

2）然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比分别为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温；

3）经离心，并用去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到C60/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂。

所述的钛源和Bi(NO₃)₃·5H₂O的质量比为1:2。

所述的钛源为硫酸氧钛、钛酸四丁酯、异丙醇钛、四氯化钛、四氟化钛中的一种；其中，优选四氟化钛。

所述的醇液A和醇液B为乙醇、丙三醇、异丙醇、叔丁醇和乙二醇中相同的一种或不同的两种；其中，优选醇液A为叔丁醇，醇液B为乙二醇。

所述的叔丁醇和乙二醇的体积分别为10-35mL和0-10mL。

所述的光催化剂性能测试是在液相中完成的，模拟污染物为RhB水溶液。

本发明制备的产品通过以下手段进行结构表征：采用在日本理学Rigaku D/Max-RB型X射线衍射仪上测量的X射线衍射进行样品的结构分析；采用QuantaChrome Nova 4000e型自动物理吸附仪测定样品的比表面积和孔结构；采用日本JEOL JSM-6380LV型扫描电镜获得的扫描电镜照片。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：本发明所使用的化学试剂均为常用试剂、廉价易得，方法工艺简单，通过改变C₆₀的含量达到复合催化剂活性最高。同时，在120min，C60含量为1%时C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂在可见光降解浓度RhB比Bi₂TiO₄F₂的提高约30%。

附图说明

图1为所制得的不同C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的XRD图谱；

图2为所制得的不同C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂样品的UV-Vis吸收光谱图；

图3为所制得的不同C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂高分辨扫描电图；

图4为所制得的不同C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂样品的透射电镜图；

图5为制得不同C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂样品对染料废水降解进程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明是如何实现的做进一步详细、清楚、完整地说明，所列实施例仅对本发明予以进一步的说明，并不因此而限制本发明：

实施例1

0.1mL硫酸氧钛溶于20mL叔丁醇，同时加入0.624g的Bi(NO₃)₃·5H₂O，溶于5mL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将硫酸氧钛溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后加入一定量的HF₄，置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到所需样品。

实施例2

0.1mL钛酸四丁酯溶于20mL叔丁醇，同时加入0.624g的Bi(NO₃)₃·5H₂O，溶于10mL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛酸四丁酯溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后加入一定量的HF₄，置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到所需样品。

实施例3

0.1mL异丙醇钛溶于20mL叔丁醇，同时加入0.624g的Bi(NO₃)₃·5H₂O，溶于10mL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将异丙醇钛溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后加入一定量的HF₄，置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到所需样品。

实施例4

0.1mL四氯化钛溶于20mL叔丁醇，同时加入0.624g的Bi(NO₃)₃·5H₂O，溶于5mL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将四氯化钛溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后加入一定量的HF₄，置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到所需样品。

实施例5

0.08g四氟化钛溶于20mL叔丁醇，同时加入0.624g的Bi(NO₃)₃·5H₂O，溶于5mL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将四氟化钛溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到所需样品。

实施例6

0.08g四氟化钛溶于20mL叔丁醇，加入0.624g的Bi(NO₃)₃·5H₂O，溶于5mL丙三醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到所需样品。

实施例7

0.08g四氟化钛溶于20mL乙醇，同时加入0.624gBi(NO₃)₃·5H₂O，溶于10mL丙三醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到所需样品。

实施例8

0.08g四氟化钛溶于20mL异丙醇，同时加入0.624g的Bi(NO₃)₃·5H₂O，溶于5mL丙三醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到所需样品。

实施例9

0.08g的四氟化钛溶于20mL叔丁醇，同时加入0.624g的Bi(NO₃)₃·5H₂O，溶于5mL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到所需样品。

实施例10

0.08g四氟化钛溶于20mL乙醇，同时加入0.624gBi(NO₃)₃·5H₂O，溶于5乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C₆₀甲苯溶液，使C₆₀与Bi₂TiO₄F₂的质量比为：0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到所需样品。

从图1可以看出，样品中均为Bi₂TiO₄F₂晶型，随着C₆₀含量的增加，没有出现C₆₀的峰，可能是因为C₆₀分布的均匀。

从图2可以看出，随着随着C₆₀含量的增加，Bi₂TiO₄F₂在可见光区的吸收增强。

从图3可以看出，随着随着C₆₀含量的增加Bi₂TiO₄F₂的形貌保持较好，均为花片堆积成的微米球。

从图4可以看出，花片的表面负载了C₆₀的颗粒。

从图5可以看出，随着C₆₀的增加，活性现增加后降低，其中当C₆₀含量为1%时活性最好。

Claims

1.C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法，其特征如下：其步骤为：

3）经离心，并用去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂。

2.根据权利要求1所述的C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法，其特征如下：所述的钛源和Bi(NO₃)₃·5H₂O的质量比为1:2。

3.根据权利要求1所述的C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法，其特征如下：所述的钛源为硫酸氧钛、钛酸四丁酯、异丙醇钛、四氯化钛、四氟化钛中的一种。

4.根据权利要求3所述的C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法，其特征如下：所述的钛源为四氟化钛。

5.根据权利要求1所述的C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法，其特征如下：所述的醇液A和醇液B为乙醇、丙三醇、异丙醇、叔丁醇和乙二醇中相同的一种或不同的两种。

6.根据权利要求5所述的C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法，其特征如下：所述的醇液A为叔丁醇和醇液B为乙二醇。

7.根据权利要求6所述的C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法，其特征如下：所述的叔丁醇和乙二醇的体积分别为10-35mL和0-10mL。