CN112892520A - 一种铋酸镧复合光催化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铋酸镧复合光催化材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将氧化镧，氧化铋放置在研钵中进行研磨，研磨后倒入坩埚中，随后置于马弗炉中以5℃/min的速度升温至350℃去除杂质，得到氧化镧和氧化铋混合物粉末；将所得去除杂质后的混合物粉末再次研磨，随后倒入坩埚中，再将其置于高温马弗炉中以5℃/min的速度升温至900～1300℃，再保温反应24～48小时；冷却至室温后将产物取出，研磨后得到铋酸镧复合光催化材料。本发明的铋酸镧复合光催化材料用于光催化二氧化碳还原，且具有制备方法简单，原料廉价易得，光催化还原效率高，性能稳定，选择性好的优点。
Description
技术领域
本发明属于光催化二氧化碳还原技术领域，具体涉及一种铋酸镧复合光催化材料及其制备方法和应用。
背景技术
全球能源需求的不断增加和温室效应导致的气候变化引起了全人类的共同关注，也对人类社会的发展造成了不可忽视的负面影响。因此，利用可持续的太阳能将CO2转化为富含能量的分子(如CO、CH4、CH3OH和C2H5OH)是降低大气中CO2浓度的一种有力的方法。然而，CO2作为碳的最高氧化态，其C＝O键解离能高于750kJ mol-1，强烈的化学惰性极大地限制了许多光催化剂的催化转化效率。这一过程的关键是找到一种具有适当的光吸收性能和能带结构的光催化剂，能够有效地激活CO2分子。在过去的几十年中，光催化还原二氧化碳取得了很多重大进展，但这一领域仍然存在很多的挑战，如二氧化碳分子吸附和活化效率低，可见光的吸收效率低、能量转换效率低、选择性差和电子转移速率低。氧化铋具有5种晶相，在各种反应和应用中被证明是很有发展潜能的材料。它们具有较窄的带隙(2.0～3.96eV)，这也意味着这种材料在可见范围内具有良好的光吸收能力，但Bi2O3作为光催化剂仍然存在催化效率低的问题。因此，具有可见光响应带结构和高效率光生载流子迁移率的铋基氧化物引起了人们的广泛关注。因此，寻求和拓展高效的具有可见光响应的环境友好型铋酸镧复合光催化材料，成为光催化二氧化碳转化的一个重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铋酸镧复合光催化材料及其制备方法和应用，其可解决目前用于光催化还原二氧化碳的催化剂材料存在的低效性、高成本和环境污染等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种铋酸镧复合光催化材料的制备方法，采用固相烧结法，包括以下步骤：
(1)将氧化镧，氧化铋放置在研钵中进行充分研磨，研磨后倒入坩埚中，随后置于马弗炉中以4～10℃/min的速度升温至320～380℃，并保温1～2小时去除杂质，得到氧化镧和氧化铋混合物粉末；
(2)将步骤(1)所得去除杂质后的混合物粉末再次研磨，随后倒入置于坩埚中，再将其置于高温马弗炉中以5℃/min的速度升温至900～1300℃，再保温反应24～48小时；
(3)冷却至室温后将产物取出，研磨后得到铋酸镧复合光催化材料。
进一步的，步骤(1)中所用氧化镧与氧化铋的摩尔比为1：1～4。
基于上述方法制备的铋酸镧复合光催化材料。
所述铋酸镧复合光催化材料在光催化原二氧化碳领域的应用。
有益效果：
本发明经简单的固相烧结方法，制备得到一系列铋酸镧复合光催化材料。所得铋酸镧复合光催化材料作为光催化二氧化碳还原催化剂具有制备方法简单、效率高、稳定性好、无毒性、选择性好的优点。
附图说明
图1固相烧结法所制备的铋酸镧复合光催化材料La0.225Bi0.775O1.5的X射线衍射图谱；
图2固相烧结法所制备的铋酸镧复合光催化材料La0.225Bi0.775O1.5的扫描电镜照片；
图3固相烧结法所制备的铋酸镧复合光催化材料La0.225Bi0.775O1.5的高分辨透射电镜照片；
图4固相烧结法所制备的铋酸镧复合光催化材料La0.225Bi0.775O1.5的光催化还原二氧化碳性能测试。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
用固相烧结法制备铋酸镧复合光催化材料La0.6Bi0.4O1.5如下：
按照1：1的摩尔比称量氧化镧与氧化铋，将所得混合物放入研钵中充分研磨混合，随后放入坩埚中，在空气氛围下以10℃的速度升温到380℃下并保温2h以去除杂质。将所得混合物再次充分研磨之后，放入刚玉坩埚中在空气氛围下以5℃的速度升温到1300℃，再保温反应24h，冷却至室温后取出样品，即得到铋酸镧复合光催化材料La0.6Bi0.4O1.5。
实施例2
用固相烧结法制备铋酸镧复合光催化材料La1.08Bi0.92O3.03如下：
按照1：1的摩尔比称量氧化镧与氧化铋，将所得混合物放入研钵中充分研磨混合，随后放入坩埚中，在空气氛围下以10℃的速度升温到380℃下并保温2h以去除杂质。将所得混合物再次充分研磨之后，放入刚玉坩埚中在空气氛围下以5℃的速度升温到1200℃，再保温反应24h，冷却至室温后取出样品，即得到铋酸镧复合光催化材料La1.08Bi0.92O3.03。
实施例3
用固相烧结法制备铋酸镧复合光催化材料La0.225Bi0.775O1.5如下：
按照1：4的摩尔比称量氧化镧与氧化铋，将所得混合物放入研钵中充分研磨混合，随后放入坩埚中，在空气氛围下以4℃的速度升温到320℃下并保温2h以去除杂质。将所得混合物再次充分研磨之后，放入刚玉坩埚中在空气氛围下以5℃的速度升温到900℃，再保温反应24h，冷却至室温后取出样品，即得到铋酸镧复合光催化材料La0.225Bi0.775O1.5。
如图1为固相烧结法所制备的铋酸镧复合光催化材料La0.225Bi0.775O1.5的X射线衍射图谱；表明所制备样品具有良好的纯度与结晶性。如图2为固相烧结法所制备的铋酸镧复合光催化材料La0.225Bi0.775O1.5的扫描电镜照片；表明所制备样品的形貌为不规则块状。如图3为固相烧结法所制备的铋酸镧复合光催化材料La0.225Bi0.775O1.5的高分辨透射电镜照片；样品晶格条纹清晰，晶面间距0.337nm，对应于(0 1 2)面。如图4为固相烧结法所制备的铋酸镧复合光催化材料La0.225Bi0.775O1.5的光催化还原二氧化碳性能测试。经过八小时反应，样品的光催化还原二氧化碳性能表现优秀，一氧化碳产量达到56μmol/g。
以上实例有助于相关领域的技术工作人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。同时，这里指出对本领域的普通技术人员来说，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种铋酸镧复合光催化材料的制备方法，其特征在于，采用固相烧结法，包括以下步骤：
(1)将氧化镧，氧化铋放置在研钵中进行充分研磨，研磨后倒入坩埚中，随后置于马弗炉中以4～10℃/min的速度升温至320～380℃，并保温1～2小时去除杂质，得到氧化镧和氧化铋混合物粉末；
(2)将步骤(1)所得去除杂质后的混合物粉末再次研磨，随后倒入坩埚中，再将其置于高温马弗炉中以5℃/min的速度升温至900～1300℃，再保温反应24～48小时；
(3)冷却至室温后将产物取出，研磨后得到铋酸镧复合光催化材料。
2.根据权利要求1所述的一种铋酸镧复合光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所用氧化镧与氧化铋的摩尔比为1：1～4。
3.一种基于权利要求1-2任一所述方法制备的铋酸镧复合光催化材料。
4.一种基于权利要求3所述的铋酸镧复合光催化材料在光催化原二氧化碳领域的应用。
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