CN113145143A - 一种ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S1.将Fe(NO3)3·9H2O和Zn(NO3)3·6H2O溶于乙二醇中，加热10‑15h后冷却、离心、干燥，得到ZnFe2O4；S2.将Bi(NO3)3·5H2O和S1所得ZnFe2O4超声分散于去离子水中，得到混合溶液A；将柠檬酸溶于溶液A中得到溶液B；将KBr溶于溶液B中得到溶液C；S3.将S2所得溶液C加热10‑15h后冷却、离心、干燥，即得。本发明制得的ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料具有无团聚、分散均匀、可见光响应明显增强等特点，并在光催化降解罗丹明B染料中表现出优于单一ZnFe2O4及BiOBr的性能。
Description
技术领域
本发明属于纳米光催化材料技术领域，尤其涉及一种ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料及其制备方法。
背景技术
半导体光催化是一种可以利用太阳能实现对环境污染进行修复的技术，具有低成本，无毒无害等优点。经过几十年的发展，人们已近研制出了大量的光催化剂。然而，传统光催化剂如TiO2和ZnO等光利用效率低、电子空穴寿命短，限制了其发展。因此，探索新型、高效、太阳能利用率高的光催化剂已成为一个关键问题。铋元素在地球上储量丰富、稳定性高、成本低廉和无毒等优点，铋基材料是一种更可持续的光催化剂材料。BiOBr作为铋基材料的一种，具有合适的禁带宽度(2.7eV左右)以及独特的层状结构，在可见光催化反应中表现出巨大的应用前景。尽管具备这两个优势，但仍然存在可见光响应不够，电子空穴分离率不够高等缺点。针对单一BiOBr这两个不足之处，对其进行改性从而得到高效稳定的BiOBr基光催化材料是使其实现实际应用的关键。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的不足，提供一种ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料及其制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将Fe(NO3)3·9H2O和Zn(NO3)3·6H2O溶于乙二醇中，加热10-15h后冷却、离心、干燥，得到ZnFe2O4；
S2.将Bi(NO3)3·5H2O和S1所得ZnFe2O4超声分散于去离子水中，得到混合溶液A；将柠檬酸溶于溶液A中得到溶液B；将KBr溶于溶液B中得到溶液C；
S3.将S2所得溶液C加热10-15h后冷却、离心、干燥，即得。
本发明采用高温高压反应釜水热法，先制备出ZnFe2O4纳米材料，再将其加入到BiOBr的制备中即可得到在BiOBr表面沉积ZnFe2O4纳米颗粒的复合材料。
进一步地，S1中加热温度为150-200℃；优选为180℃。
进一步地，S1中将溶液转移至高压反应釜中密封进行反应。
进一步地，S1中Fe(NO3)3·9H2O和Zn(NO3)3·6H2O的质量比为1-2:0.4-0.8；优选为1.6:0.6。
进一步地，S1中Fe(NO3)3·9H2O和Zn(NO3)3·6H2O溶于乙二醇中进行反应。
进一步地，S2中Bi(NO3)3·5H2O和ZnFe2O4的质量比为1-1.5:0.1-0.4；优选为1.2:0.2。
进一步地，Bi(NO3)3·5H2O、柠檬酸、KBr和去离子水的比为1-1.5g:0.06-0.25g:0.2-0.5g:60-100mL；优选为1.2g:0.1g:0.3g:80mL。
进一步地，S3中加热温度为160-200℃；优选为180℃。
采用上述的方法制备得到的ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明通过ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料具有无团聚，分散均匀，可见光响应明显增强；尽管ZnFe2O4和BiOBr各自均能单独作为光催化材料，但本发明由于ZnFe2O4和BiOBr复合材料分散具有，两者之间能带匹配较好，极大地促进了光生电子空穴对的分离，因此所得复合材料电子空穴分离率高，并在光催化降解罗丹明B染料中表现出优于单一ZnFe2O4及BiOBr的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为ZnFe2O4/BiOBr光催化材料循环利用率图；
图2为X射线衍射图；
图3为紫外-可见吸收图及计算禁带宽度图；
图4为光催化材料光催化降解罗丹明B效率图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本发明较佳的实施例提供一种ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)称取1.616g Fe(NO3)3·9H2O和0.595g Zn(NO3)3·6H2O溶解于40mL乙二醇中，在磁力搅拌下搅拌至均匀，然后转移到高压反应釜中，再将高压反应釜中转移至电热鼓风干燥箱中180℃加热12h，待反应结束冷却至室温将溶液离心干燥即可得到ZnFe2O4光催化材料；
(2)称取1.21g Bi(NO3)3·5H2O和0.2g(1)所得ZnFe2O4超声分散于80mL去离子水中，得到溶液A；
(3)称取0.13g柠檬酸溶解于溶液A中，搅拌均匀得到溶液B；
(4)称取0.3g KBr溶解于溶液B中，搅拌30min后得到溶液C；
(5)将溶液C转移至高压反应釜内，再将高压反应釜转移到电热鼓风干燥箱中180℃加热12h，待反应结束冷却至室温将溶液离心干燥即可得到ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料。
本实施例所制得的光催化材料的循环利用率如图1所示，样品经过四次循环后对罗丹明B的降解率依然保持80％以上，表明该材料具有良好的稳定性。
实施例2
本发明较佳的实施例提供一种ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)称取1.532g Fe(NO3)3·9H2O和0.515g Zn(NO3)3·6H2O溶解于40mL乙二醇中，在磁力搅拌下搅拌至均匀，然后转移到高压反应釜中，再将高压反应釜中转移至电热鼓风干燥箱中170℃加热12h，待反应结束冷却至室温将溶液离心干燥即可得到ZnFe2O4光催化材料；
(2)称取1.16g Bi(NO3)3·5H2O和0.15g(1)所得ZnFe2O4超声分散于80mL去离子水中，得到溶液A；
(3)称取0.08g柠檬酸溶解于溶液A中，搅拌均匀得到溶液B；
(4)称取0.25g KBr溶解于溶液B中，搅拌30min后得到溶液C；
(5)将溶液C转移至高压反应釜内，再将高压反应釜转移到电热鼓风干燥箱中170℃加热12h，待反应结束冷却至室温将溶液离心干燥即可得到ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料。
实施例3
本发明较佳的实施例提供一种ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)称取1.785g Fe(NO3)3·9H2O和0.647g Zn(NO3)3·6H2O溶解于40mL乙二醇中，在磁力搅拌下搅拌至均匀，然后转移到高压反应釜中，再将高压反应釜中转移至电热鼓风干燥箱中190℃加热12h，待反应结束冷却至室温将溶液离心干燥即可得到ZnFe2O4光催化材料；
(2)称取1.32g Bi(NO3)3·5H2O和0.3g(1)所得ZnFe2O4超声分散于85mL去离子水中，得到溶液A；
(3)称取0.15g柠檬酸溶解于溶液A中，搅拌均匀得到溶液B；
(4)称取0.4g KBr溶解于溶液B中，搅拌30min后得到溶液C；
(5)将溶液C转移至高压反应釜内，再将高压反应釜转移到电热鼓风干燥箱中190℃加热12h，待反应结束冷却至室温将溶液离心干燥即可得到ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料。
对比例
一种BiOBr光催化材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)称取1.21gBi(NO3)3·5H2O超声分散于80ml去离子水中，得到溶液A；
(2)称取0.13g柠檬酸溶解于溶液A中，搅拌均匀得到溶液B；
(3)称取0.3gKBr溶解于溶液B中，搅拌30min后得到溶液C；
(4)将溶液C转移至高压反应釜内，再将高压反应釜转移到电热鼓风干燥箱中180℃加热12h，待反应结束冷却至室温将溶液离心干燥即可得到BiOBr光催化材料。
实验例
实施例1-3及对比例所得光催化材料的X射线衍射图如图2所示，由图可知，复合材料中ZnFe2O4和BiOBr所对应的特征峰分别与ZnFe2O4和BiOBr的标准卡片相一致，表明ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料成功制备。
实施例1及对比例所得光催化材料的紫外-可见吸收图及计算禁带宽度图如图3所示，由图a可知，ZnFe2O4/BiOBr复合材料相比于单相BiOBr具有更加优异的可见光吸收能力；图b所得BiOBr和ZnFe2O4/BiOBr的禁带宽度分别为2.6eV和2.29eV，复合材料具有更小的禁带宽度，较易被可见光激发。
实施例1-3及对比例所得光催化材料用以降解罗丹明B，测试光源为400W氙灯，波长为200nm-800nm，罗丹明B浓度：10mg/L；结果如图4所示，由图可知，ZnFe2O4/BiOBr复合材料相比单相BiOBr具有更优异的降解能力。同时ZnFe2O4在复合材料中的比例会影响其对罗丹明B的降解能力。样品S2具有最佳的光催化活性，在60min左右可将罗丹明B基本降解完成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将Fe(NO3)3·9H2O和Zn(NO3)3·6H2O溶于乙二醇中，加热10-15h后冷却、离心、干燥，得到ZnFe2O4；
S2.将Bi(NO3)3·5H2O和S1所得ZnFe2O4超声分散于去离子水中，得到混合溶液A；将柠檬酸溶于溶液A中得到溶液B；将KBr溶于溶液B中得到溶液C；
S3.将S2所得溶液C加热10-15h后冷却、离心、干燥，即得。
2.根据权利要求1所述的ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中加热温度为150-200℃。
3.根据权利要求1所述的ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中将溶液转移至高压反应釜中密封进行反应。
4.根据权利要求1所述的ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中Fe(NO3)3·9H2O和Zn(NO3)3·6H2O的质量比为1-2:0.4-0.8。
5.根据权利要求1所述的ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中Fe(NO3)3·9H2O和Zn(NO3)3·6H2O溶于乙二醇中进行反应。
6.根据权利要求1所述的ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，其特征在于，所述S2中Bi(NO3)3·5H2O和ZnFe2O4的质量比为1-1.5:0.1-0.4。
7.根据权利要求6所述的ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，其特征在于，所述Bi(NO3)3·5H2O、柠檬酸、KBr和去离子水的比为1-1.5g:0.06-0.25g:0.2-0.5g:60-100mL。
8.根据权利要求1所述的ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料的制备方法，其特征在于，所述S3中加热温度为160-200℃。
9.采用权利要求1-8中任一项所述的方法制备得到的ZnFe2O4/BiOBr光催化复合材料。
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- 2021-02-26 CN CN202110218166.0A patent/CN113145143A/zh active Pending
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