CN107779927A - 一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用 - Google Patents

一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107779927A
CN107779927A CN201711021123.3A CN201711021123A CN107779927A CN 107779927 A CN107779927 A CN 107779927A CN 201711021123 A CN201711021123 A CN 201711021123A CN 107779927 A CN107779927 A CN 107779927A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plates
thin film
biof
fluorine oxygen
oxygen bismuth
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
Application number
CN201711021123.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107779927B (zh
Inventor
张小超
张长明
刘建新
赵祖
李�瑞
王韵芳
王雅文
樊彩梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201711021123.3A priority Critical patent/CN107779927B/zh
Publication of CN107779927A publication Critical patent/CN107779927A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107779927B publication Critical patent/CN107779927B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/06—Halogens; Compounds thereof
    • B01J27/08—Halides
    • B01J27/12—Fluorides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/33—Electric or magnetic properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用，属于Bi基薄膜光催化材料研发、太阳能光催化剂固定化技术、有机污染物处理、光解水制氢领域，可解决现有薄膜固定化技术复杂或能耗较高的问题，以Bi板为阳极，石墨为阴极，氟化铵浓度为1.5%～4.8%的不同体积比乙二醇和蒸馏水的混合溶液作电解质，通过电化学方法，常温恒电压下在Bi板上原位生长制备了BiOF薄膜，形成一种简易可行的Bi基催化剂薄膜固定化技术。本发明应用于双酚A的降解以及光催化分解水制氢，过程环保、工艺简单、易于操作、重复性强和周期短。

Description

一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用
技术领域
本发明属于Bi基薄膜光催化材料研发、太阳能光催化剂固定化技术、有机污染物处理、光解水制氢领域，具体涉及一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用。
背景技术
20世纪90年代以来，环境污染的控制和治理成为人类社会面临和亟待解决的重大问题之一。太阳能光催化氧化技术是一种利用可再生清洁资源太阳能处理有机污染物的新型技术，此技术因其能源便利、反应简单、深度矿化和无二次污染等优点而备受广泛关注。
新型高效光催化材料的研发与固定化是实现太阳能光催化氧化技术工业化的关键问题之一。研究发现，BiOF作为一种直接带隙半导体，属于PbFCl型四方晶系结构，其双F-离子层和[Bi2O2]2+层交替排列构成的层状结构，加之F元素较高的电负性可产生电子诱导效应，进而有利于促使电子与空穴对有效的分离，且简单水浴沉淀法即可得到具有优异光催化性能的纳米BiOF粉体催化剂，故此种催化剂成为Bi基光催化材料的新星（Mater. Let.201 (2017) 35-38）。
粉体光催化剂具有比表面积大，催化活性好等优点，但是在实际应用方面存在固有的劣势，如易团聚、分散性差、固液分离难且不易回收循环利用等缺陷，故而近几年来研究者普遍采用负载技术和薄膜固定化解决上述问题。但现有薄膜固定化技术复杂或能耗较高而且针对BiOF的薄膜固定化制备技术却至今未曾报道。
发明内容
本发明为了解决现有薄膜固定化技术复杂或能耗较高的问题，提供一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用。
本发明采用如下技术方案：
一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法，包括如下步骤：
第一步，配制电解质溶液：按体积比为1:20-20:1的比例分别量取乙二醇和蒸馏水，配置为100-300mL的混合溶液A，称取1.5-10g NH4F加入到上述混合溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，配置成氟化铵浓度为1.5%～4.8%的溶液B；
第二步，打磨Bi板，采用磨砂纸打磨Bi板至光滑，并分别用乙醇和水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；
第三步，制备BiOF薄膜，将第二步的Bi板作阳极，石墨作阴极，阴阳电极距离为2～8cm，溶液B作为电解质溶液，在60～80 V电压下沉积0.5～3 h后，将Bi板取出自然晾干，即得BiOF薄膜。
所述Bi板的尺寸为4 cm×1.5 cm×0.5 cm。
所述磨砂纸为400目的磨砂纸。
一种氟氧铋薄膜应用于双酚A的降解以及光催化分解水制氢。
本发明以Bi板为阳极，石墨为阴极，氟化铵浓度为1.5%～4.8%的不同体积比乙二醇和蒸馏水的混合溶液作电解质，通过电化学方法，常温恒电压下在Bi板上原位生长制备了BiOF薄膜，形成一种简易可行的Bi基催化剂薄膜固定化技术。其目的在于通过简单的操作，在Bi板上原位生长具有优异太阳能光催化性能的BiOF薄膜，从而达到样品易重复之目的，进而实现易于工业化的新型光催化薄膜和固定化技术，并推广应用于其他Bi基薄膜材料的制备，为推进太阳能光催化氧化技术的实际应用奠定良好基础。
常温常压下，所制备的BiOF薄膜在不同光源照射下可有效矿化双酚A、苯酚等有机污染物（初始浓度为10 mg/L）以及光催化分解水制氢。所述的不同光源为紫外光、可见光、模拟太阳光的任一种光源。
本发明的有益效果如下：
1. 电化学方法过程环保、工艺简单、易于操作、重复性强和周期短；
2. Bi板原位生长制备BiOF薄膜，从物质基础属性出发制备薄膜样品，其与基体为化学结合，所以其与基体结合了强、分散均匀、不易脱落，用拉伸法测得的本发明制得的BiOF薄膜与基底结合力为15～35 MPa，比常规方法制得的薄膜与基体的结合力提高了30%～60%；
3. Bi板既为原料又作电极，避免了其他固定化催化剂多带来的繁琐工序；
4. 该电化学制备技术可推广至其他Bi基薄膜材料的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的BiOF薄膜光催化材料的XRD图谱。
具体实施方式
实施例1，
第一步，配置300 mL体积比为20:1乙二醇和蒸馏水的混合溶液A，称取6.336 g分析纯NH4F加入到溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，作为溶液B；
第二步，采用400目大小的磨砂纸将4 cm×1.5 cm×0.5 cm的Bi板打磨光滑，用无水乙醇和蒸馏水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；
第三步，将第二步的Bi板作阳极，石墨作阴极，阴阳电极距离为5 cm，溶液B作为电解质，在70 V电压下沉积1 h后，将Bi板取出自然晾干，即得BiOF薄膜，记为BiOF-1。
实施例2，
第一步，配置100 mL容量比为1:20乙二醇和蒸馏水的混合溶液A，称取1.5 g分析纯NH4F加入到溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，作为溶液B；
第二步，采用400目大小的磨砂纸将4 cm×1.5 cm×0.5 cm的Bi板打磨光滑，用无水乙醇和蒸馏水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；
第三步，将第二步的Bi板作阳极，石墨作阴极，阴阳电极距离为8 cm，溶液B作为电解质，在60 V电压下沉积3 h后，将Bi板取出自然晾干，即得BiOF薄膜，记为BiOF-2。
实施例3，
第一步，配置200 mL容量比为15:1乙二醇和蒸馏水的混合溶液A，称取10.000 g分析纯NH4F加入到溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，作为溶液B；
第二步，采用400目大小的磨砂纸将4 cm×1.5 cm×0.5 cm的Bi板打磨光滑，用无水乙醇和蒸馏水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；
第三步，将第二步的Bi板作阳极，石墨作阴极，阴阳电极距离为2 cm，溶液B作为电解质，在80 V电压下沉积0.5 h后，将Bi板取出自然晾干，即得BiOF薄膜，记为BiOF-3。
氟氧铋薄膜应用于双酚A的降解。
准确称取10 mg的双酚A，将其放入盛有900 mL蒸馏水的1000 mL定量容量瓶中使其充分溶解，加蒸馏水至1000 mL，制得10 mg/L的待降解液，放置24 h待用；用移液管准确移取100 mL10 mg/L的待降解液放入分别固定好BiOF-1、BiOF-2、BiOF-3薄膜样品的光催化反应装置，室温下在避光条件下吸附1 h，以期达到吸附平衡，然后打开模拟太阳光灯，进行光催化降解实验，每隔1 h取样一次，利用紫外-可见分光光度法对溶液中的染料浓度进行分析并计算其降解率，见表1所示。
表1 双酚A的降解率
从表1中看出，随着时间的延长，氟氧铋薄膜对双酚A的降解率高达98.2%。
氟氧铋薄膜应用于光催化分解水制氢。
配置80 mL 20%的甲醇溶液置于特制的石英光催化反应器中，加入所制的BiOF-1、BiOF-2、BiOF-3薄膜样品，通N2 30 min后密封，在磁力搅拌和水浴控温下，使用500 W，光强为110 mW/cm3的氙灯连续光照3 h，每30 min从反应瓶中采集3 mL气体样品进行H2含量的定量分析，BiOF-1、BiOF-2、BiOF-3薄膜样品最终的产氢速率分别为89.2、75.5、69.4 μmol·h-1·gcat-1。

Claims (4)

1.一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，配制电解质溶液：按体积比为1:20-20:1的比例分别量取乙二醇和蒸馏水，配置为100-300mL的混合溶液A，称取1.5-10g NH4F加入到上述混合溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，配置成氟化铵浓度为1.5%～4.8%的溶液B；
第二步，打磨Bi板，采用磨砂纸打磨Bi板至光滑，并分别用乙醇和水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；
第三步，制备BiOF薄膜，将第二步的Bi板作阳极，石墨作阴极，阴阳电极距离为2～8cm，溶液B作为电解质溶液，在60～80 V电压下沉积0.5～3 h后，将Bi板取出自然晾干，即得BiOF薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法，其特征在于：所述Bi板的尺寸为4 cm×1.5 cm×0.5 cm。
3.根据权利要求1所述的一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法，其特征在于：所述磨砂纸为400目的磨砂纸。
4.一种氟氧铋薄膜应用于双酚A的降解以及光催化分解水制氢。
CN201711021123.3A 2017-10-26 2017-10-26 一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用 Active CN107779927B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711021123.3A CN107779927B (zh) 2017-10-26 2017-10-26 一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711021123.3A CN107779927B (zh) 2017-10-26 2017-10-26 一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107779927A true CN107779927A (zh) 2018-03-09
CN107779927B CN107779927B (zh) 2019-10-29

Family

ID=61431757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711021123.3A Active CN107779927B (zh) 2017-10-26 2017-10-26 一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107779927B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110624575A (zh) * 2019-09-20 2019-12-31 太原理工大学 一种BiOBr/Bi12SiO20复合薄膜光催化剂的电化学制备方法及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103285891A (zh) * 2013-06-05 2013-09-11 河北工业大学 卤氧化铋-氧化钛纳米管阵列复合光催化薄膜的制备方法
CN104117391A (zh) * 2014-08-01 2014-10-29 太原理工大学 一种用于分解水制氢的光电催化膜制备
CN104667951A (zh) * 2015-02-11 2015-06-03 太原理工大学 一种溴氧铋高光催化剂的制备及应用方法
CN104998666A (zh) * 2015-08-10 2015-10-28 南京信息工程大学 一种制备蝴蝶结状氟氧铋光催化剂的方法及催化剂用途
CN106145185A (zh) * 2015-03-24 2016-11-23 滕怡然 一种片状氟氧铋光催化剂的新型制备方法
CN106145186A (zh) * 2015-03-24 2016-11-23 滕怡然 一种片状氟氧铋及其应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103285891A (zh) * 2013-06-05 2013-09-11 河北工业大学 卤氧化铋-氧化钛纳米管阵列复合光催化薄膜的制备方法
CN104117391A (zh) * 2014-08-01 2014-10-29 太原理工大学 一种用于分解水制氢的光电催化膜制备
CN104667951A (zh) * 2015-02-11 2015-06-03 太原理工大学 一种溴氧铋高光催化剂的制备及应用方法
CN106145185A (zh) * 2015-03-24 2016-11-23 滕怡然 一种片状氟氧铋光催化剂的新型制备方法
CN106145186A (zh) * 2015-03-24 2016-11-23 滕怡然 一种片状氟氧铋及其应用
CN104998666A (zh) * 2015-08-10 2015-10-28 南京信息工程大学 一种制备蝴蝶结状氟氧铋光催化剂的方法及催化剂用途

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOCHAO ZHANG 等: ""A novel BiOCl thin film prepared by electrochemical method and its application in photocatalysis"", 《APPLIED CATALYSIS B:ENVIRONMENTAL》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110624575A (zh) * 2019-09-20 2019-12-31 太原理工大学 一种BiOBr/Bi12SiO20复合薄膜光催化剂的电化学制备方法及其应用
CN110624575B (zh) * 2019-09-20 2022-08-05 太原理工大学 一种BiOBr/Bi12SiO20复合薄膜光催化剂的电化学制备方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN107779927B (zh) 2019-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gong et al. Dodecahedron ZIF-67 anchoring ZnCdS particles for photocatalytic hydrogen evolution
Li et al. Constructing ternary CdS/reduced graphene oxide/TiO2 nanotube arrays hybrids for enhanced visible-light-driven photoelectrochemical and photocatalytic activity
CN105040025B (zh) 双金属氢氧化物复合多孔钒酸铋光电极及其制备方法
Zhou et al. Photoelectrodes based upon Mo: BiVO4 inverse opals for photoelectrochemical water splitting
CN101629300B (zh) 一种光催化燃料电池分解水直接分离制氢的方法
Mu et al. A review on metal-organic frameworks for photoelectrocatalytic applications
Xu et al. In-situ synthesis of novel plate-like Co (OH) 2 co-catalyst decorated TiO2 nanosheets with efficient photocatalytic H2 evolution activity
He et al. NiFe-layered double hydroxide decorated BiVO4 photoanode based bi-functional solar-light driven dual-photoelectrode photocatalytic fuel cell
CN106435635A (zh) 一种高效光电催化分解水产氧电极的制备方法及应用
CN105749914B (zh) 一种对称双功能光催化剂、双室光反应器及光催化还原二氧化碳的方法
CN104047019A (zh) 人工抗体型二氧化钛/掺硼金刚石膜电极及其制备方法
CN104437589A (zh) 一种银/氧化石墨烯/氮化碳复合光催化材料及其制备方法
CN110508291B (zh) 一种Au-ZnIn2S4纳米阵列电极光催化固氮材料的制备方法
CN110523420A (zh) 一种Bi4O5Br2/薄层Ti3C2复合型光催化剂的制备方法及其应用
Qian et al. A highly efficient photocatalytic methanol fuel cell based on non-noble metal photoelectrodes: Study on its energy band engineering via experimental and density functional theory method
CN108906080A (zh) 一种CdS/Cu2S/Co基光电催化材料及其制备方法
CN112206797B (zh) Cu(I)@Ti3C2TxMXene催化材料及电极与在硝酸根还原中的应用
CN107694589B (zh) 一种用于光电催化产氢的薄膜复合材料的制备方法
CN109794274A (zh) 一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料及其制备方法
CN108842168A (zh) 一种两步电化学法制备g-C3N4/MMO复合薄膜光电极
Huang et al. Dual-doping promotes the carbon dioxide electroreduction activity of MoS2 nanosheet array
CN110871066A (zh) 全固态自生长钼酸铋超薄纳米片半导体光催化剂材料制备方法
CN107779927B (zh) 一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用
CN108993470A (zh) 一种二氧化钛/石墨烯/氧化锌双阵列结构光催化材料的制备及应用
CN107815701B (zh) 一种纳米片状氟化铋薄膜的电化学制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant