CN104772149A - 一种Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料及其制备方法 - Google Patents
一种Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104772149A CN104772149A CN201510161905.1A CN201510161905A CN104772149A CN 104772149 A CN104772149 A CN 104772149A CN 201510161905 A CN201510161905 A CN 201510161905A CN 104772149 A CN104772149 A CN 104772149A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bifeo
- tio
- nano
- flower
- preparation
- 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
Abstract
本发明涉及一种新型Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料及其制备方法,属于催化材料与纳米材料技术制备领域。采用水热法和溶胶凝胶法制备出TiO2纳米花与Bi2O3/BiFeO3颗粒,再通过粘连法将Bi2O3/BiFeO3颗粒负载到TiO2纳米花的表面,形成三元结构,提高光生电子-空穴对分离效率和太阳光利用率。水热法制备的TiO2纳米花形貌均一,粒径分布均匀;Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒均匀地分散在TiO2纳米花的表面形成Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料。本方法简单可行,原料廉价,设备要求低,是一种环保的制备方法,在光催化降解污染物的方面有一定的应用前景和潜能。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料的制备方法,具体为Bi2O3/BiFeO3异质结纳米颗粒与TiO2纳米花复合材料的制备,属于催化材料与纳米材料技术制备领域。
背景技术
作为一种传统的光催化剂,TiO2因其稳定性、无毒性、价格低廉等优点在光催化领域得到了广泛地研究和应用。与其他微结构的材料相比,三维结构的TiO2纳米花比表面积更大、吸光性更强,表面晶面取向性及结晶度较高,具有更好的光催化性能。然而,作为一种宽禁带的半导体催化剂,二氧化钛只能吸收利用占太阳光谱范围约4%的紫外光,对太阳能利用率太低,同时光生电子-空穴对易复合,这些缺点限制了其在实际中的应用。近年来,研究者们发现通过对TiO2进行修饰和改性,可提高TiO2的太阳光利用率,降低光生电子-空穴对复合率。修饰TiO2纳米花的主要方法有:非金属离子掺杂、金属离子掺杂、贵金属复合、半导体复合等。Zhang等人(L.Zhang,L.Chen,L.W.Chen,G.Zhu.RSC Adv.,2014,4,54463-54468)采用溶胶-水热技术将Ag颗粒负载到TiO2微米花上,J.Zhu等人(J.Zhu,S.H.Wang,J.G.Wang,D.Q.Zhang,H.X.Li.Appl.Catal.B:Environ.,2011,102,120-125)利用溶剂热法制备了Bi2O3/TiO2纳米花复合催化剂。
Bi2O3(Eg=2.6-2.8eV)作为一种重要的n型半导体材料被广泛应用于光催化降解污染物的研究中。Hou等人(J.G.Hou,C.Yang,Z.Wang,S.Q.Jiao,H.M.Zhu.Appl.Catal.B:Environ.,2013,129,333-341)采用水热法制备了对可见光有响应的Bi2O3/TiO2纳米晶。BiFeO3是一种典型的钙钛矿结构半导体,在室温下同时具有铁电性和磁性,同时因其禁带宽度适中(2.2-2.7eV),在光催化应用方面又具有明显优势和潜在前景。Li等人(S.Li,Y.H.Lin,B.P.Zhang,J.F.Li,C.W.Nan,J.Appl.Phys.,2009,105,054310)报导了一种BiFeO3/TiO2核壳结构纳米颗粒的制备方法。Zhu等人(A.S.Zhu,Q.D.Zhao,X.Y.Li,Y.Shi,ACS Appl.Mater.Interfaces,2014,6,405-409)采用真空浸渍法将BiFeO3纳米颗粒负载到TiO2纳米管电极上。这些研究表明,利用Bi2O3或者BiFeO3对TiO2修饰可以有效提高其可见光利用率和光催化性能。然而,目前对于三重体系的Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料的制备国内外还未见报道,因此,本发明提出一种Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花催化材料的制备方法,旨在通过将Bi2O3/BiFeO3颗粒与TiO2纳米花复合来提高催化剂的太阳光利用率和光催化效率,为提高纳米结构TiO2材料光催化降解污染物的实际应用效能提供新的选择。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制备Bi2O3/BiFeO3颗粒与TiO2纳米花复合材料的方法。分别采用水热法和溶胶凝胶法制备出TiO2纳米花与Bi2O3/BiFeO3颗粒,再通过粘连法将Bi2O3/BiFeO3颗粒负载到TiO2纳米花的表面,形成三元复合结构,进而达到提高光生电子-空穴对分离效率和太阳光利用率的目的。本方法简单可行,原料廉价,设备要求低,是一种环保的制备方法。
一种新型的Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料包括TiO2纳米花载体和Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒,Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒均匀负载在TiO2纳米花的表面,Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒直径为50-100nm,Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料为1μm;Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒中Bi:Fe的摩尔比为1.5:1。
本发明的一种Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料的制备方法,步骤如下:
(1)水热法制备TiO2纳米花:将钛酸丁酯(TBOT)、丙三醇和乙醇按照1:5:15~:5:15体积比混合,搅拌后将上述混合溶液置于聚四氟乙烯反应釜中,180℃下水热反应24h,冷却至室温,收集产物并使用乙醇清洗,离心分离后干燥,450℃煅烧3h。
(2)溶胶-凝胶法制备Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒:Bi(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O以摩尔比为1.5:1的量投入乙二醇溶液中形成溶胶,搅拌,将溶胶于80℃下油浴恒温2h后,升温至120-160℃,搅拌至溶液全部蒸发。将剩余形成的粉末在500-550℃煅烧2h,即得Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒。
(3)Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料的制备:步骤(1)中制备的TiO2纳米花与步骤(2)中制备的Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒置于无水乙醇中,其中Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒占TiO2纳米花的质量百分比为5%-15%,超声后于室温下搅拌,将上述悬浊液置于80℃油浴中,搅拌直至乙醇全部蒸发,得到产物即为Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料。
本发明制备了一种三元复合结构的Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花材料,利用禁带宽度较窄的半导体催化剂Bi2O3和BiFeO3与TiO2纳米花共同复合,提高了TiO2纳米花的可见光利用率,同时三元结构的形成可以有效提高电子-空穴对的分离效率。本发明操作简单,可行性高,为纳米结构TiO2材料在光催化领域的研究和实际应用提供了新的思路。
附图说明
图1是制备的TiO2纳米花,Bi2O3/BiFeO3复合颗粒,和Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料的X射线衍射图(XRD)。横坐标是两倍衍射角(2θ),纵坐标是衍射峰强度(a.u.)。
图2是制备的TiO2纳米花,Bi2O3/BiFeO3复合颗粒,和Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料的紫外可见漫反射(DRS)光谱图。横坐标是波长(nm),纵坐标是吸收强度(a.u.)。
图3(a)是制备的TiO2纳米花的场发射扫描电镜图,放大倍数为3万倍。
图3(b)是制备的TiO2纳米花的场发射扫描电镜图,放大倍数为10万倍。
图3(c)是制备的Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒的场发射扫描电镜图,放大倍数为3万倍。
图3(d)是制备的Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料的扫描电镜图,放大倍数为3万倍。
图3(e)是制备的Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料的扫描电镜图,放大倍数为10万倍。
图4是制备的Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料的X-射线光电子能谱图(XPS)。横坐标是结合能(eV),纵坐标是信号强度(cps)。图4(a)是Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料的XPS全谱图,图4(b)是C 1s的XPS谱图,图4(c)是Ti 2p的XPS谱图,图4(d)是Bi 4f的XPS谱图,图4(e)是Fe 2p的XPS谱图,图4(f)是O 1s的XPS谱图。
图5是制备的TiO2纳米花,Bi2O3/BiFeO3复合颗粒,和Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料的荧光光谱图。横坐标是波长(nm),纵坐标是荧光发射强度(a.u.)。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1
首先制备TiO2纳米花,将2ml的TBOT和10ml丙三醇分别加入到30ml乙醇中,磁力搅拌5min后将两种溶液混合,继续搅拌10min后将溶液转移至100ml聚四氟乙烯反应釜中,180℃下水热反应24h并自然冷却至室温,产物收集用乙醇清洗并离心三次,80℃下干燥后于马弗炉中450℃煅烧3h,升温速率为2℃/min。其次,制备Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒,称取0.9095g Bi(NO3)3·5H2O和0.5050g Fe(NO3)3·9H2O投入20ml乙二醇溶液中,搅拌10min后将溶胶于80℃下油浴2h后升温至120℃搅拌至溶液全部蒸发。将烧杯中形成的粉末转移至30ml坩埚中于马弗炉中500℃煅烧2h,升温速率2℃/min,得到砖红色粉末。最后,将0.02g制备的Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒和0.4g TiO2纳米花加入到50ml无水乙醇中,在超声振荡池中超声1h(功率100W)后于室温下搅拌2h,继续将烧杯于置于80℃下油浴搅拌直至乙醇全部蒸发,得到产物即为Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料。
实施例2
按照实施例1中本发明的方法,水热法制备TiO2纳米花TBOT的用量增加到4ml,其他原料用量以及实验步骤保持不变,制得Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料。
实施例3
按照实施例1中本发明的方法,水热法制备TiO2纳米花TBOT的用量增加到6ml,其他原料用量以及实验步骤保持不变,制得Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料。
实施例4
按照实施例1中本发明的方法,溶胶凝胶法制备Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒的前驱体中Bi(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O的质量分别增加到1.8191g和1.0101g,其他原料用量以及实验步骤保持不变,制得Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料。
实施例5
按照实施例1中本发明的方法,溶胶凝胶法制备Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒的前驱体中Bi(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O的质量分别增加到2.7285g和1.515g,其他原料用量以及实验步骤保持不变,制得Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料。
实施例6
按照实施例1中本发明的方法,溶胶凝胶法制备Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒的前驱体溶胶搅拌蒸发温度变为140℃,其他原料用量以及实验步骤保持不变,制得Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料。
实施例7
按照实施例1中本发明的方法,溶胶凝胶法制备Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒的前驱体溶胶搅拌蒸发温度变为160℃,其他原料用量以及实验步骤保持不变,制得Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料。
实施例8
按照实施例1中本发明的方法,溶胶凝胶法制备Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒得到的前驱体粉末在马弗炉中的煅烧温度变为550℃,其他原料用量以及实验步骤保持不变,制得Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料。
实施例9
按照实施例1中本发明的方法,Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料制备中Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒的投加量变为0.04g,其他原料用量以及实验步骤保持不变,制得Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料。
实施例10
按照实施例1中本发明的方法,Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料制备中Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒的投加量变为0.06g,其他原料用量以及实验步骤保持不变,制得Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花复合材料。
Claims (2)
1.一种新型的Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料,其特征在于,该
Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料包括TiO2纳米花载体和Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒,Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒均匀负载在TiO2纳米花的表面,
Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒直径为50-100nm,Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料为1μm;Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒中Bi:Fe的摩尔比为1.5:1。
2.根据权利要求所述的Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料的制备方法,其特征在于,步骤如下:
(1)水热法制备TiO2纳米花:将钛酸丁酯、丙三醇和乙醇按照1:5:15~:5:15体积比混合,搅拌后将上述混合溶液置于聚四氟乙烯反应釜中,180℃下水热反应24h,冷却至室温,收集产物并使用乙醇清洗,离心分离后干燥,450℃煅烧3h;
(2)溶胶-凝胶法制备Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒:Bi(NO3)3·5H2O和
Fe(NO3)3·9H2O以摩尔比为1.5:1的量投入乙二醇溶液中形成溶胶,搅拌,将溶胶于80℃下油浴恒温2h后,升温至120-160℃,搅拌至溶液全部蒸发,将剩余形成的粉末在500-550℃煅烧2h,即得Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒;
(3)Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料的制备:步骤(1)中制备的TiO2纳米花与步骤(2)中制备的Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒置于无水乙醇中,其中
Bi2O3/BiFeO3纳米颗粒占TiO2纳米花的质量百分比为5%-15%,超声后于室温下搅拌,将上述悬浊液置于80℃油浴中,搅拌至乙醇全部蒸发,得到产物即为Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510161905.1A CN104772149B (zh) | 2015-04-07 | 2015-04-07 | 一种Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510161905.1A CN104772149B (zh) | 2015-04-07 | 2015-04-07 | 一种Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104772149A true CN104772149A (zh) | 2015-07-15 |
CN104772149B CN104772149B (zh) | 2017-01-18 |
Family
ID=53614099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510161905.1A Expired - Fee Related CN104772149B (zh) | 2015-04-07 | 2015-04-07 | 一种Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104772149B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106732629A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-31 | 南阳师范学院 | 一种采用氧化铋和铁酸镍的磁性光催化纳米复合材料及其制备方法 |
CN107570214A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-01-12 | 湖北工业大学 | 具备多相吸附催化功能的纸基铁酸铋复合材料的制备方法 |
CN110116006A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-08-13 | 沈阳大学 | 一种负载型二氧化钛光催化复合材料及其制备方法和一种活性炭再生的方法 |
CN111001423A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-14 | 扬州大学 | 一种半导体铁酸铋-二氧化钛-磷化镍纳米酶的制备及检测过氧化氢的方法 |
CN113428894A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-09-24 | 嘉兴市湘荣化工贸易有限公司 | 一种利用氯离子液体循环制备纳米花状二氧化钛的方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1807258A (zh) * | 2006-02-14 | 2006-07-26 | 浙江大学 | 一种制备三维纳米花结构二氧化钛的方法 |
CN103771532A (zh) * | 2014-03-04 | 2014-05-07 | 西北大学 | BiFeO3材料的制备方法、BiFeO3/TiO2复合薄膜及该复合薄膜的应用 |
-
2015
- 2015-04-07 CN CN201510161905.1A patent/CN104772149B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1807258A (zh) * | 2006-02-14 | 2006-07-26 | 浙江大学 | 一种制备三维纳米花结构二氧化钛的方法 |
CN103771532A (zh) * | 2014-03-04 | 2014-05-07 | 西北大学 | BiFeO3材料的制备方法、BiFeO3/TiO2复合薄膜及该复合薄膜的应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
YILING ZHANG, ET AL.: "Spatially selective visible light photocatalytic activity of TiO2/BiFeO3 heterostructures", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY》 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106732629A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-31 | 南阳师范学院 | 一种采用氧化铋和铁酸镍的磁性光催化纳米复合材料及其制备方法 |
CN107570214A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-01-12 | 湖北工业大学 | 具备多相吸附催化功能的纸基铁酸铋复合材料的制备方法 |
CN107570214B (zh) * | 2017-10-12 | 2020-04-17 | 湖北工业大学 | 具备多相吸附催化功能的纸基铁酸铋复合材料的制备方法 |
CN110116006A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-08-13 | 沈阳大学 | 一种负载型二氧化钛光催化复合材料及其制备方法和一种活性炭再生的方法 |
CN111001423A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-14 | 扬州大学 | 一种半导体铁酸铋-二氧化钛-磷化镍纳米酶的制备及检测过氧化氢的方法 |
CN111001423B (zh) * | 2019-12-25 | 2022-07-01 | 扬州大学 | 一种半导体铁酸铋-二氧化钛-磷化镍纳米酶的制备及检测过氧化氢的方法 |
CN113428894A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-09-24 | 嘉兴市湘荣化工贸易有限公司 | 一种利用氯离子液体循环制备纳米花状二氧化钛的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104772149B (zh) | 2017-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kallawar et al. | Bismuth titanate based photocatalysts for degradation of persistent organic compounds in wastewater: A comprehensive review on synthesis methods, performance as photocatalyst and challenges | |
CN104772149B (zh) | 一种Bi2O3/BiFeO3/TiO2纳米花光催化材料及其制备方法 | |
CN105126886B (zh) | 一种TiO2/WO3/g-C3N4全介孔纳米纤维的制备方法 | |
Zhang et al. | One-dimensional mesoporous Fe2O3@ TiO2 core–shell nanocomposites: rational design, synthesis and application as high-performance photocatalyst in visible and UV light region | |
CN109012731B (zh) | 海胆状CoZnAl-LDH/RGO/g-C3N4Z型异质结及其制备方法和应用 | |
CN103908969B (zh) | 一种BiFeO3纳米颗粒复合TiO2纳米管阵列电极材料的制备方法 | |
CN103172030A (zh) | 氧化物粉体及其制备方法、催化剂、以及催化剂载体 | |
CN103285845B (zh) | 一种氧化石墨烯包裹二氧化钛微球光催化剂的制备方法 | |
CN105217676B (zh) | 具有纳米片及纳米多孔结构的氧化钛气凝胶及其制备方法 | |
CN105597728A (zh) | 二氧化钛/钛酸铋超声强化型光催化剂及其制备方法 | |
CN107281997B (zh) | 一种多孔氧化物/二氧化钛微米球复合催化材料及其制备方法 | |
CN103691433A (zh) | 一种Ag掺杂TiO2材料、及其制备方法和应用 | |
CN104368328B (zh) | 一种钛酸铋‑钛酸锶光催化复合粉体及其制备方法 | |
CN105887332A (zh) | 一种具有可见光催化的氮掺杂的柔性TiO2/SiO2纳米纤维薄膜的制备方法 | |
CN103657623A (zh) | 微球型二氧化钛光催化剂及其制备方法 | |
CN106745223A (zh) | 改性二氧化钛粉体的制备方法及改性二氧化钛粉体 | |
CN102205238A (zh) | 一种MWCNTs/ZnO纳米复合材料的制备方法 | |
CN105457656B (zh) | 一种异质结光催化剂的制备方法和用途 | |
CN104891567A (zh) | 管状TiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法 | |
Yan et al. | Construction of novel ternary dual Z-scheme Ag3VO4/C3N4/reduced TiO2 composite with excellent visible-light photodegradation activity | |
CN101279719A (zh) | 一种纳米氧化物粉体的制备方法 | |
CN103272592B (zh) | 一维载银二氧化钛纳米棒光催化剂的制备方法 | |
Yang et al. | Preparation and photocatalytic activity of neodymium doping titania loaded to silicon dioxide | |
CN104226320B (zh) | 钒硼共掺杂二氧化钛与氧化镍复合光催化剂的制备方法 | |
CN102125831B (zh) | 介孔Bi2O3/TiO2纳米光催化剂的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170118 Termination date: 20190407 |