CN116371415A - 一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法 - Google Patents
一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116371415A CN116371415A CN202310399239.XA CN202310399239A CN116371415A CN 116371415 A CN116371415 A CN 116371415A CN 202310399239 A CN202310399239 A CN 202310399239A CN 116371415 A CN116371415 A CN 116371415A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalytic performance
- cerium
- bismuth ferrite
- mixed solution
- 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.)
- Pending
Links
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 56
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 17
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical compound Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 33
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 16
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 5
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 30
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 25
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- ZKSVYBRJSMBDMV-UHFFFAOYSA-N 1,3-diphenyl-2-benzofuran Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=C2C=CC=CC2=C(C=2C=CC=CC=2)O1 ZKSVYBRJSMBDMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- RKMGAJGJIURJSJ-UHFFFAOYSA-N 2,2,6,6-Tetramethylpiperidine Substances CC1(C)CCCC(C)(C)N1 RKMGAJGJIURJSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M Superoxide Chemical compound [O-][O] OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- -1 superoxide anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/843—Arsenic, antimony or bismuth
- B01J23/8437—Bismuth
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P35/00—Antineoplastic agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/34—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
- C02F1/36—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations ultrasonic vibrations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/023—Reactive oxygen species, singlet oxygen, OH radical
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,它涉及一种提高铁酸铋催化性能材料的制备方法。本发明要解决现有铁酸铋电子和空穴复合率高,催化性能较差的问题。制备方法:一、将硝酸铋、硝酸铁和硝酸铈加入到乙二醇中;二、滴加硝酸;三、制备凝胶;四、离心、洗涤并干燥;五、煅烧。本发明用于铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高铁酸铋催化性能材料的制备方法。
背景技术
癌症作为当今世界的“第一杀手”,使得人们对肿瘤治疗的研究更加深入。近些年广受关注的新兴压电催化也在肿瘤治疗领域有了新的启发与进展,在生物医学领域,压电催化剂不仅具有超高的催化活性,而且它独特的载流子释放特性可用于引发各种氧化还原催化反应,在未来的医疗应用中具有广阔的前景。在过去的几十年里,新兴的肿瘤治疗方法得到了越来越多的研究。然而,针对于压电催化医学的报道仍然较少。
压电催化依赖于载流子的电荷能量或分离效率,应变或应力诱导的压电势可以诱导出巨大的电场,是电荷能量转移或电子和空穴转移的有效手段。压电催化剂可以进行各种改性和改造,以增强其表面活性,抑制电荷重组率,从而通过避免任何无用的热产生来增强催化性能。压电催化效应将机械能转化为化学能或通过机械外力诱导的压电电位提高压电材料基催化剂的催化活性。掺杂是修饰现有催化剂结构的一种有效方法,使其在压电催化降解相关技术中使用颇为广泛。钙钛矿材料的性质可以通过掺杂离子来改变,以改善现有的催化剂活性。离子掺杂后,会产生更多的电子和空穴捕获位点,并且调整材料的能带结构进而促进电子-空穴对的产生和分离,最终提高材料的催化活性。
钙钛矿结构的BiFeO3一种典型的半导体多铁材料。在室温下单晶BiFeO3具有扭曲菱方钙钛矿结构,属于R3c空间群。在BiFeO3晶胞中Bi原子位于八个顶点处,O原子处在六个面心中,而Fe原子占据氧八面体结构的中心位置。不同的是Bi3+沿着[111]方向相对Fe-O八面体发生偏移,从而导致其结构畸变为斜六方形。它具有非中心对称的结构,合适的带隙;作为经典的压电材料,BiFeO3在超声的激发下,电子和空穴分离,为成为压电催化剂奠定了基础。然而,高电子和空穴复合率会限制铁酸铋的催化性能。因此,解决铁酸铋高电子和空穴复合率,提高其催化性能,将在肿瘤治疗领域有巨大潜力。
发明内容
本发明要解决现有铁酸铋电子和空穴复合率高,催化性能较差的问题,而提供一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法。
一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,它是按以下步骤进行的:
一、将硝酸铋、硝酸铁和硝酸铈加入到乙二醇中,并超声处理,得到混合溶液;
二、将硝酸逐滴加入到混合溶液中,超声处理后,得到酸性混合溶液;
三、在N2保护及温度为65℃~75℃的条件下,将酸性混合溶液保持1.5h~2.5h,然后在N2保护及温度为110℃~130℃的条件下,保持5h~7h,得到凝胶;
四、将凝胶离心、洗涤并干燥,得到固体粉末;
五、在温度为380℃~420℃的条件下,将固体粉末煅烧20min~40min,取出研磨,再在温度为480℃~520℃的条件下,二次煅烧1h~2h,即完成铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法。
本发明的有益效果是:
①本发明采用溶胶凝胶法及煅烧法,硝酸铋作为铋源,硝酸铁作为铁源,硝酸铈作为铈源,在N2的条件下加热,得到的凝胶经洗涤干燥后煅烧,最终生成铈掺杂的铁酸铋,制备的铈掺杂铁酸铋块状材料形貌良好、尺寸均匀以及具有较高催化性能。在超声的激发下,铈掺杂后的铁酸铋可以产生更多的活性氧,可实现更好的应用。
②铈掺杂不会改变铁酸铋的晶格结构,减小了晶粒的尺寸,同时缩小了带隙,加快了电荷的转移速率,延长了铁酸铋在超声激发下内部产生的电子和空穴迁移至表面后重新复合的时间,电子和空穴的利用率更高,提高了压电催化活性。
③铈掺杂的铁酸铋压电催化性能更加,可以产生更多的活性氧物质,有更广泛的应用,在肿瘤医学方面有更好的前景。
因此,本发明铈掺杂提高铁酸铋催化性能的制备方法简单、分布均匀、催化性能良好,具有较高电子-空穴分离能力等特性。
本发明用于一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法。
附图说明
图1为实施例一铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备过程示意图;
图2为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的XRD图;
图3为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的TEM成像图;
图4为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的元素映射图;
图5为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的能量色散谱图;
图6为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的傅里叶变换红外光谱图;
图7为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的紫外可见漫反射图;
图8为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的莫特-肖特基曲线图;
图9为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的X-射线电子能谱图;
图10为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的价带-X射线电子能谱图;
图11为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3降解3,3',5,5'-四甲基联苯胺的紫外光谱图;
图12为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3降解1,3二苯基异苯并呋喃的紫外光谱图;
图13为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的电子自旋共振光谱图;
图14为实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的压电响应振幅曲线和相位曲线图;
图15为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的能带结构图。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,它是按以下步骤进行的:
一、将硝酸铋、硝酸铁和硝酸铈加入到乙二醇中,并超声处理,得到混合溶液;
二、将硝酸逐滴加入到混合溶液中,超声处理后,得到酸性混合溶液;
三、在N2保护及温度为65℃~75℃的条件下,将酸性混合溶液保持1.5h~2.5h,然后在N2保护及温度为110℃~130℃的条件下,保持5h~7h,得到凝胶;
四、将凝胶离心、洗涤并干燥,得到固体粉末;
五、在温度为380℃~420℃的条件下,将固体粉末煅烧20min~40min,取出研磨,再在温度为480℃~520℃的条件下,二次煅烧1h~2h,即完成铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法。
本实施方式以硝酸铋作为铋源,硝酸铁作为铁源,硝酸铈作为铈源,以乙二醇、硝酸作为溶剂,通过溶胶凝胶法得到前驱体后,煅烧制备出一种相比于铁酸铋催化性能提高的铈掺杂铁酸铋催化剂。
本实施方式的有益效果是:
①本实施方式采用溶胶凝胶法及煅烧法,硝酸铋作为铋源,硝酸铁作为铁源,硝酸铈作为铈源,在N2的条件下加热,得到的凝胶经洗涤干燥后煅烧,最终生成铈掺杂的铁酸铋,制备的铈掺杂铁酸铋块状材料形貌良好、尺寸均匀以及具有较高催化性能。在超声的激发下,铈掺杂后的铁酸铋可以产生更多的活性氧,可实现更好的应用。
②铈掺杂不会改变铁酸铋的晶格结构,减小了晶粒的尺寸,同时缩小了带隙,加快了电荷的转移速率,延长了铁酸铋在超声激发下内部产生的电子和空穴迁移至表面后重新复合的时间,电子和空穴的利用率更高,提高了压电催化活性。
③铈掺杂的铁酸铋压电催化性能更加,可以产生更多的活性氧物质,有更广泛的应用,在肿瘤医学方面有更好的前景。
因此,本实施方式铈掺杂提高铁酸铋催化性能的制备方法简单、分布均匀、催化性能良好,具有较高电子-空穴分离能力等特性。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一中所述的混合溶液中硝酸铋的浓度为45mg/mL~49mg/mL;步骤一中所述的混合溶液中硝酸铁的浓度为39mg/mL~42mg/mL;步骤一中所述的混合溶液中硝酸铈的浓度为1mg/mL~1.5mg/mL。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是:步骤一及步骤二中所述的超声处理具体是按以下步骤进行:在功率为80W~120W条件下,超声4min~8min。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤二中所述的硝酸的质量百分数为65%~68%。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:步骤二中将硝酸逐滴加入到混合溶液中,直至混合溶液的pH值为3~4。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:步骤四中所述的离心具体是在转速为4000rpm~6000rpm的条件下,离心5min~8min。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是:步骤四中所述的洗涤具体是分别用乙醇和水交替重复洗涤3次~4次。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是:步骤四中所述的干燥具体是在温度为60℃~65℃的条件下,真空干燥5h~6h。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是:步骤五中将固体粉末置于马弗炉中,然后以升温速度为2℃/min~5℃/min,将温度升温至380℃~420℃,并在温度为380℃~420℃的条件下,将固体粉末煅烧20min~40min,然后取出研磨,再以升温速度为2℃/min~5℃/min,将温度升温至480℃~520℃,并在温度为480℃~520℃的条件下,二次煅烧1h~2h。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是:步骤五中二次煅烧后,立即将产物取出并冷却至室温。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例一,结合图1具体说明:
一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,它是按以下步骤进行的:
一、将硝酸铋、硝酸铁和硝酸铈加入到乙二醇中,并超声处理,得到混合溶液;
所述的混合溶液中硝酸铋的浓度为48.6mg/mL;所述的混合溶液中硝酸铁的浓度为40.4mg/mL;所述的混合溶液中硝酸铈的浓度为1.3mg/mL;
二、将硝酸逐滴加入到混合溶液中,直至混合溶液的pH值为3~4,超声处理后,得到酸性混合溶液;
三、在N2保护及温度为70℃的条件下,将酸性混合溶液保持2h,然后在N2保护及温度为120℃的条件下,保持6h,得到凝胶;
四、将凝胶离心、洗涤并干燥,得到固体粉末;
五、将固体粉末置于马弗炉中,然后以升温速度为5℃/min,将温度升温至400℃,并在温度为400℃的条件下,将固体粉末煅烧20min,然后取出研磨,再以升温速度为5℃/min,将温度升温至500℃,并在温度为500℃的条件下,二次煅烧1h,二次煅烧后,立即将产物取出并冷却至室温,得到铈掺杂铁酸铋,化学式为Bi0.97Ce0.03FeO3。
步骤一及步骤二中所述的超声处理具体是按以下步骤进行:在功率为100W的条件下,超声5min。
步骤二中所述的硝酸的质量百分数为65%。
步骤四中所述的离心具体是在转速为6000rpm的条件下,离心5min。
步骤四中所述的洗涤具体是分别用乙醇和水交替重复洗涤3次
步骤四中所述的干燥具体是在温度为60℃的条件下,真空干燥5h。
对比实验:本对比实验与实施例一不同的是:步骤一中将硝酸铋、硝酸铁加入到乙二醇中,并超声处理,得到混合溶液;所述的混合溶液中硝酸铋的浓度为48.6mg/mL;所述的混合溶液中硝酸铁的浓度为40.4mg/mL;步骤五中得到铁酸铋,化学式为BiFeO3。其它与实施例一相同。
图2为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的XRD图;由图可知,BiFeO3和Bi0.97Ce0.03FeO3的特征峰均与标准卡片JCPDSNo.20-0169相对应且没有杂峰,说明铈掺杂后并没有引入杂质,且铈掺杂不会改变铁酸铋的晶格结构。
图3为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的TEM成像图;图4为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的元素映射图;由图可知,所制备的BiFeO3和Bi0.97Ce0.03FeO3为块状结构,且铈掺入后材料的尺寸略有减小,尺寸约为46nm,BiFeO3中能看到Bi、Fe、O元素,Bi0.97Ce0.03FeO3中能看到Bi、Fe、O、Ce元素,表明了材料的成功合成。
图5为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的能量色散谱图;由图可知,制备的BiFeO3中包含了Bi、Fe、O元素,Bi0.97Ce0.03FeO3中包含了Bi、Fe、O、Ce元素。
图6为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的傅里叶变换红外光谱图;由图可知,BiFeO3和Bi0.97Ce0.03FeO3的峰基本一致,说明掺杂没有引入杂质。
图7为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的紫外可见漫反射图;通过Taucplots公式计算了两者的带隙值,BiFeO3和Bi0.97Ce0.03FeO3的带隙值分别为2.09eV和2.02eV。在铈掺入后,缩小了带隙值,电子和空穴更易分离,会具有更好的催化效果。
图8为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的莫特-肖特基曲线图;通过线性分析后得出BiFeO3和Bi0.97Ce0.03FeO3均为n型半导体,且通过利用线性拟合得到与X轴的交点值,即为费米能级的位置-0.96V和-0.91V,通过公式计算得到相对于标准氢电极来说,BiFeO3和Bi0.97Ce0.03FeO3的导带分别-0.45V和-0.39V;价带分别为1.64V和1.63V。
图9为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的X-射线电子能谱图;由图可知,BiFeO3在712.0eV和710.44eV的特征峰对应Fe2p3/2能级,由于Ce的掺杂,峰均显示出轻微负移。Ce掺入后,出现了两种氧化态,分别为Ce4+和Ce3+,在图中,882.5eV、898.29eV、907.7eV和916.8eV对应于Ce4+的3d5/2能谱峰,889.29eV和903.3eV对应于Ce3+的3d3/2能谱峰,均证实了Ce元素的存在。图10为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的价带-X射线电子能谱图;由于n型半导体费米能级与导带边相近,所以线性拟合后与X轴的交点近似于价带宽度,分析得出的值与紫外可见漫反射测出的结果相符。
图11为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3降解3,3',5,5'-四甲基联苯胺的紫外光谱图;利用3,3',5,5'-四甲基联苯胺作为降解底物,将50μL浓度为2mM的过氧化氢(H2O2)、100μL浓度为0.5mg/mL的Bi0.97Ce0.03FeO3水溶液和3mLpH为7.4的PBS混合,在1MHz、0.8W/cm2、占空比50%的便携式超声仪超声下超声(US)不同时间,产生的羟基自由基会使3,3',5,5'-四甲基联苯胺由无色变为蓝色,同时将Bi0.97Ce0.03FeO3水溶液换成相同浓度为0.5mg/mL的BiFeO3水溶液做对比实验。降解的3,3',5,5'-四甲基联苯胺反映了产生羟基自由基的含量,由图可知,在压电催化的作用下,五分钟后,Bi0.97Ce0.03FeO3相对于未掺杂的BiFeO3,3,3',5,5'-四甲基联苯胺的降解率比BiFeO3高出62.6%。
图12为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3降解1,3二苯基异苯并呋喃的紫外光谱图;利用1,3二苯基异苯并呋喃为降解底物,将100μL浓度为0.5mg/mL的Bi0.97Ce0.03FeO3水溶液和3mLpH为7.4的PBS混合,在1MHz、0.8W/cm2、占空比50%的便携式超声仪超声下超声(US)不同时间,产生的超氧阴离子和单线态氧会使1,3二苯基异苯并呋喃由黄色逐渐变浅,同时将Bi0.97Ce0.03FeO3水溶液换成相同浓度为0.5mg/mL的BiFeO3水溶液做对比实验。由图对比可知,在掺杂后所产生的超氧阴离子和单线态氧会降解更多的1,3二苯基异苯并呋喃。
图13为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的电子自旋共振光谱图;利用2,2,6,6-四甲基哌啶(TEMP)来捕获1O2的生成,将100μL浓度为0.5mg/mLBiFeO3水溶液和50μL的2,2,6,6-四甲基哌啶混合,在1MHz、0.8W/cm2、占空比50%的便携式超声仪超声下超声1min,能在谱图中显示出了相对强度为1:1:1的三重态信号,从而验证了1O2的产生。同时发现,Ce掺杂后,得到的信号更强,证明压电激发掺杂后材料具有更佳的催化性能。
图14为实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的压电响应振幅曲线和相位曲线图;测试条件:粉末样品,激励电压范围小于等于±10V;由图可知,观察到明显的蝴蝶环形状,说明外加电场引起的应变是不断变化的。同时,相图上出现了≈180°的相位切换滞后回线。
图15为对比实验制备的BiFeO3和实施例一制备的Bi0.97Ce0.03FeO3的能带结构图;由图可知,材料可以在1MHz、0.8W/cm2、占空比50%的便携式超声仪超声下超声2min使空穴-电子对分离,电子与氧气反应产生活性氧物质。
Claims (10)
1.一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,其特征在于它是按以下步骤进行的:
一、将硝酸铋、硝酸铁和硝酸铈加入到乙二醇中,并超声处理,得到混合溶液;
二、将硝酸逐滴加入到混合溶液中,超声处理后,得到酸性混合溶液;
三、在N2保护及温度为65℃~75℃的条件下,将酸性混合溶液保持1.5h~2.5h,然后在N2保护及温度为110℃~130℃的条件下,保持5h~7h,得到凝胶;
四、将凝胶离心、洗涤并干燥,得到固体粉末;
五、在温度为380℃~420℃的条件下,将固体粉末煅烧20min~40min,取出研磨,再在温度为480℃~520℃的条件下,二次煅烧1h~2h,即完成铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法。
2.根据权利要求1所述的一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,其特征在于步骤一中所述的混合溶液中硝酸铋的浓度为45mg/mL~49mg/mL;步骤一中所述的混合溶液中硝酸铁的浓度为39mg/mL~42mg/mL;步骤一中所述的混合溶液中硝酸铈的浓度为1mg/mL~1.5mg/mL。
3.根据权利要求1所述的一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,其特征在于步骤一及步骤二中所述的超声处理具体是按以下步骤进行:在功率为80W~120W条件下,超声4min~8min。
4.根据权利要求1所述的一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,其特征在于步骤二中所述的硝酸的质量百分数为65%~68%。
5.根据权利要求4所述的一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,其特征在于步骤二中将硝酸逐滴加入到混合溶液中,直至混合溶液的pH值为3~4。
6.根据权利要求1所述的一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,其特征在于步骤四中所述的离心具体是在转速为4000rpm~6000rpm的条件下,离心5min~8min。
7.根据权利要求1所述的一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,其特征在于步骤四中所述的洗涤具体是分别用乙醇和水交替重复洗涤3次~4次。
8.根据权利要求1所述的一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,其特征在于步骤四中所述的干燥具体是在温度为60℃~65℃的条件下,真空干燥5h~6h。
9.根据权利要求1所述的一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,其特征在于步骤五中将固体粉末置于马弗炉中,然后以升温速度为2℃/min~5℃/min,将温度升温至380℃~420℃,并在温度为380℃~420℃的条件下,将固体粉末煅烧20min~40min,然后取出研磨,再以升温速度为2℃/min~5℃/min,将温度升温至480℃~520℃,并在温度为480℃~520℃的条件下,二次煅烧1h~2h。
10.根据权利要求9所述的一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法,其特征在于步骤五中二次煅烧后,立即将产物取出并冷却至室温。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310399239.XA CN116371415A (zh) | 2023-04-14 | 2023-04-14 | 一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310399239.XA CN116371415A (zh) | 2023-04-14 | 2023-04-14 | 一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116371415A true CN116371415A (zh) | 2023-07-04 |
Family
ID=86976746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310399239.XA Pending CN116371415A (zh) | 2023-04-14 | 2023-04-14 | 一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116371415A (zh) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2731558A1 (de) * | 1977-07-13 | 1979-01-25 | Philips Patentverwaltung | Piezoelektrische vorrichtung |
SU1491856A1 (ru) * | 1987-06-18 | 1989-07-07 | Предприятие П/Я В-8941 | Пьезоэлектрический керамический материал |
US20050073222A1 (en) * | 2003-05-23 | 2005-04-07 | Kampe Stephen L. | Piezoelectric ceramic-reinforced metal matrix composites |
US20120182361A1 (en) * | 2011-01-19 | 2012-07-19 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus |
CN105776431A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-07-20 | 哈尔滨工程大学 | 一种电催化电极的制备及应用方法 |
CN107986770A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-05-04 | 歌尔股份有限公司 | 掺杂改性铁酸铋-钛酸铅压电陶瓷及其制备方法 |
CN110923747A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-27 | 中国石油大学(华东) | 一种铁酸铋光催化薄膜电沉积的制备方法 |
CN112892550A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-04 | 暨南大学 | 一种镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料及其制备方法与应用 |
CN113941337A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-01-18 | 广东粤绿环境工程有限公司 | 一种强磁性铈、钾-铁酸铋固溶体压电制氢催化剂及其制备方法与应用 |
CN115007164A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-06 | 中山大学 | 棒状铁酸铋压电催化剂的制备及其在催化裂解水制备双氧水和氢气中的应用 |
-
2023
- 2023-04-14 CN CN202310399239.XA patent/CN116371415A/zh active Pending
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2731558A1 (de) * | 1977-07-13 | 1979-01-25 | Philips Patentverwaltung | Piezoelektrische vorrichtung |
SU1491856A1 (ru) * | 1987-06-18 | 1989-07-07 | Предприятие П/Я В-8941 | Пьезоэлектрический керамический материал |
US20050073222A1 (en) * | 2003-05-23 | 2005-04-07 | Kampe Stephen L. | Piezoelectric ceramic-reinforced metal matrix composites |
US20120182361A1 (en) * | 2011-01-19 | 2012-07-19 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus |
CN105776431A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-07-20 | 哈尔滨工程大学 | 一种电催化电极的制备及应用方法 |
CN107986770A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-05-04 | 歌尔股份有限公司 | 掺杂改性铁酸铋-钛酸铅压电陶瓷及其制备方法 |
CN110923747A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-27 | 中国石油大学(华东) | 一种铁酸铋光催化薄膜电沉积的制备方法 |
CN112892550A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-04 | 暨南大学 | 一种镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料及其制备方法与应用 |
CN113941337A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-01-18 | 广东粤绿环境工程有限公司 | 一种强磁性铈、钾-铁酸铋固溶体压电制氢催化剂及其制备方法与应用 |
CN115007164A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-06 | 中山大学 | 棒状铁酸铋压电催化剂的制备及其在催化裂解水制备双氧水和氢气中的应用 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
JIANGYING WANG ET AL.: ""Synthesis of pure-phase BiFeO3 nanopowder by nitric acid-assisted gel"", 《MATERIALS LETTERS》, vol. 124, 26 March 2014 (2014-03-26), pages 2 * |
MIN GE ET AL.: ""Magnetostrictive-Piezoelectric-Triggered Nanocatalytic Tumor Therapy"", 《NANO LETTERS》, vol. 21, no. 16, 3 August 2021 (2021-08-03), pages 6764 * |
曹枫;唐培松;陈海锋;潘国祥;: "溶胶-凝胶法制备铁酸铋及其可见光催化性能", 稀有金属材料与工程, no. 2, 15 August 2010 (2010-08-15) * |
赵光明: "《功能材料 第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集 2》", 30 November 2007, 国家仪表功能材料工程技术研究中心, pages: 711 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101890354A (zh) | 一种铁酸铋光催化剂的制备方法 | |
US20120326078A1 (en) | Method of preparing cathode active material for lithium secondary batteries and lithium secondary batteries using the same | |
CN107185547B (zh) | 一种C/Fe-FeVO4复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN111446445B (zh) | 一种镍基锂离子正极材料前驱体等离子体处理方法 | |
Qi et al. | Enhanced hydrogen evolution reaction in Sr doped BiFeO3 by achieving the coexistence of ferroelectricity and ferromagnetism at room temperature | |
CN109046432A (zh) | 介孔氮化碳的制备方法、N-TiO2/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法 | |
EP4317080A1 (en) | Composite material and preparation method therefor and lithium-ion battery positive electrode material | |
CN108054381A (zh) | 一种稀土掺杂型硅酸锰锂正极材料及其微波辅助制备方法 | |
CN116371415A (zh) | 一种铈掺杂提高铁酸铋催化性能材料的制备方法 | |
CN109904431A (zh) | 一种混合碳源改性电池正极材料的方法 | |
CN109354487A (zh) | 一种铁酸铋基纳米陶瓷及制备方法 | |
CN104909747B (zh) | 一种高介电常数、低介电损耗CaCu3Ti4‑xZrxO12陶瓷的制备方法 | |
CN113991124A (zh) | 一种提升陶瓷氧化物阴极性能的方法 | |
CN106829934A (zh) | 利用稀土改性制备高分散性石墨烯的方法 | |
CN101386531A (zh) | 稀土掺杂钇铝石榴石透明陶瓷的制备方法 | |
KR20180119351A (ko) | 산소환원반응을 위한 질소와 철이 도핑된 다공성 카본 나노입자 촉매 제조방법 | |
CN111517783B (zh) | 一种超声微波组合法制备碳酸钙-ysz复合固体电解质的方法 | |
CN110976900A (zh) | 一种复合合金钼粉的生产方法 | |
CN112675891B (zh) | 一种高分散的具有磁性的纳米光催化剂及制备方法 | |
Dang et al. | Electronic structures of anatase (TiO 2) 1− x (TaON) x solid solutions: a first-principles study | |
CN101117290A (zh) | 一种用乳酸助剂法制备纳米钛酸锶的方法 | |
CN111036188B (zh) | 钛酸锶和碳量子点复合材料及其制备方法和应用 | |
CN108144605A (zh) | 一种担载型合金催化剂的制备及催化剂和应用 | |
CN112516986A (zh) | 一种铈掺杂氧化锌纳米花负载氧化铟光催化降解材料及制法 | |
CN105762357A (zh) | 一种错位硅酸铁锂及其制备方法 |
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 |