一种高性能铋/氧化铋/碳复合光催化材料的制备方法

摘要

本发明提供了一种利用有机‑无机络合，煅烧方法制备铋/氧化铋/碳复合材料的制备方法。在降解2,4‑二氯苯酚的过程中，在同样的模拟太阳光和可见光照射条件下，新的复合光催化剂展现出比纯氧化铋更高的光催化活性。增强的光催化活性归因于较小的粒径和更多的活性位点。更重要的是金属铋的表面等离子体共振效应能增强光的吸收和促进光生电荷分离，同时样品中的碳可以增强光的吸收，促进光生载流子的迁移，这些都有利于提高材料的光催化性能。更重要的是，这种制备方法提供了一种新的制备小粒径的金属/金属氧化物/碳的复合材料的思路。

权利要求

1.一种高性能铋/氧化铋/碳复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1)在290ml的纯水中加入10ml的硝酸，称取48.51g五水硝酸铋加入到硝酸溶液中，超声

2h；

2)在强烈搅拌下，在步骤1)配好的溶液中加入29.22g的乙二胺四乙酸，加入氢氧化铵调pH为6.5，将悬浮液搅拌2h，得到清澈透明的EDTA-Bi溶液；

3)使用旋转蒸发仪使大部分水在60℃时蒸发，在120℃干燥72h后得到作为铋/氧化铋/碳复合光催化剂的制备前驱体EDTA-Bi；

4)称取5克的前驱体转移到陶瓷坩埚在空气中加热2h，加热速率控制在每分钟4℃，得到的样品即为铋/氧化铋/碳复合光催化材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤4)中加热到的温度范围是300-

600℃。

说明书

一种高性能铋/氧化铋/碳复合光催化材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高性能铋/氧化铋/碳复合光催化材料的制备，尤其是利用有机-无机络合，煅烧方法制备小粒径铋/氧化铋/碳复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 随着染料工业的发展，其生产的废水已经成为当前最重要的水体污染源之一。国内外学着采用各种方法去除水中的染料分子，其中光催化剂因其节能高效、性质稳定、污染物降解彻底而被广泛应用。

[0003] 传统二氧化钛,氧化锌和磷酸铋是应用最为广泛的光催化剂，可以高效的降解多种有毒有机物，但其较宽的禁带宽度(约3.2eV)使其只对紫外光产生响应，对太阳光的利用很低。

[0004] 铋系材料因其独特的电子结构，很好的可见光吸收能力和有机化合物高降解能力吸引了很多学者研究。氧化铋是最常见的铋系材料，它有很多优点，比如，它有很窄的禁带宽度并且可以被可见光激发。另外，氧化铋是无毒的，而且容易制备。然而，由于光生电子-空穴对容易复合和氧化铋光量子效率不高，所以氧化铋光催化性能仍不理想。贵金属如金、银和铂等具有表面等离子共振效应，可以帮助提高半导体拓展光吸收，提高光催化活性。最近，研究人员发现了金属铋具有紫外介导的表面等离子体共振效应，是一个很好的直接表面等离子体光催化剂，与金属铋复合，可以提高半导体光的光催化活性。合成铋/金属铋/碳的复合光催化材料并未报道。

发明内容

[0005] 针对以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种利用无机-有机络合，煅烧方法制备小粒径铋/氧化铋/碳复合材料的方法，通过调节反应参数，得到复合材料。

[0006] 本发明的一个目的在于提供一种小粒径铋/氧化铋/碳复合材料的制备方法。

[0007] 本发明的小粒径铋/氧化铋/碳复合材料的制备方法，包括以下几个步骤：

[0008] 1)在290ml的纯水中加入10ml的硝酸，称取48.51g(0.1mol)五水硝酸铋加入到硝酸溶液中，超声2h。

[0009] 2)在强烈搅拌下，在步骤1)配好的溶液中加入29.22g(0.1mol)的乙二胺四乙酸，加入氢氧化铵调pH为6.5，将悬浮液搅拌2h,得到清澈透明的EDTA-Bi溶液。

[0010] 3)使用旋转蒸发仪使大部分水在60℃时蒸发。在120℃干燥72h后得到作为铋/氧化铋/碳复合光催化剂的制备前驱体EDTA-Bi。

[0011] 4)称取5克的前驱体转移到陶瓷坩埚在空气中加热2h，加热速率控制在每分钟4℃。得到的样品即为铋/氧化铋/碳复合光催化材料。

[0012] 在上述制备步骤中，所有试剂采用的都是试剂纯，没有其他处理。

[0013] 在步骤4)中加热到的温度范围是300-600℃。

[0014] 本发明的优点

[0015] 本发明采用无机-有机络合煅烧方法，工艺流程简单，成本低，通过改变加热温度，可以获得活性不同的复合材料，是一种具有商业利用价值的制备方法。所制备的铋/氧化铋/碳复合材料，显著的提高了材料对可见光的吸收率，材料的的光催化活性，为可见光的光催化提供了新的方向和思路。

附图说明

[0016] 图1，样品在步骤4)分别加热到300℃、400℃、500℃、600℃，样品分别记作300、400、500、600。(a)样品和氧化铋对2,4-二氯酚(2,4-DCP)在可见光光催化降解的表观速率常数(λ＞420nm)(b)样品和氧化铋对2,4-DCP在模拟日光照射光催化降解的表观速率常数[0017] 图2，所制备样品的紫外-可见漫反射光谱。

具体实施方式

[0018] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

[0019] 下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

[0020] 本发明下述实施例中所使用的硝酸，五水硝酸铋，乙二胺四乙酸均为市售分析纯，目标降解污染物2,4-二氯酚(2,4-DCP)均为市售的分析纯，纯水为自制。

[0021] 实施例1:样品的制备与命名。

[0022] 在290ml的纯水中加入10ml的硝酸，称取48.51g(0.1mol)五水硝酸铋加入到硝酸溶液中，超声2h。在强烈搅拌下，向溶液中加入29.22g(0.1mol)的乙二胺四乙酸，加入氢氧化铵调pH为6.5，将悬浮液搅拌直到得到清澈透明的EDTA-Bi溶液。使用旋转蒸发仪使大部分水在60℃时蒸发。在120℃干燥72h后得到作为铋/氧化铋/碳复合光催化剂的制备前驱体EDTA-Bi。称取5克的前驱体转移到陶瓷坩埚在空气中加热2h，分别加热到300℃、400℃、500℃、600℃，加热速率控制在每分钟4℃。样品分别记作300、400、500、600。

[0023] 实施例2：所制备样品降解2,4-二氯酚(2,4-DCP)的能力。

[0024] 为了考察复合光催化剂铋/氧化铋/碳对无色苯基污染物的降解能力，采用2,4-二氯酚为目标探针分子对其活性进行了考察。通过2,4-DCP的降解表征了所制备的样品的光催化活性。图1a和1b是2,4-DCP的可见光光催化降解的表观速率常数(λ>420nm)和模拟日光照射。很明显，样品400具有最高的光催化活性和所有样品的有机-无机络合，煅烧的制备方法具有更高的光催化活性比模拟太阳光和可见光照射下氧化铋(λ>420nm)很明显，相比模拟太阳光和可见光照射下氧化铋(λ>420nm)，样品400具有最高的光催化活性，所有通过有机-无机络合，煅烧制备方法得到的样品具有更高的光催化活性。

[0025] 实施例3：样品的光学性质表征

[0026] 采用Hitachi U-3900紫外-可见分光光度计，以BaSO4作为参比，扫描波长范围为：200-800nm,狭缝宽度2nm，扫描速度为600nm/min,检测样品的光学性能的变化。电子性质的变化会导致材料的光物理性质发生改变，导致光谱的形状和强度发生改变。图2为纯氧化铋和铋/氧化铋/碳复合光催化剂的紫外漫反射光谱图。样品300在紫外和可见光区域的下表现出强烈的吸收，是因为大量的剩余有机碳。样品400有一个广泛的可见光波段吸收，也是因为剩余有机碳。此外，金属Bi也可以提高样品300和400的可见光吸收。随着制备温度的增加，样品400、500和600的吸收边随着波长的增大而向长波方向移动。与600号样品相比，Bi2O3的吸收边红移，这是由于其粒径较大。