[發明專利]一種氟化物光催化材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110191898.1
• 申請日: 2011-07-08
• 公開（公告）號: CN102319576A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 黃柏標;王韶穎;張曉陽;秦曉燕
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01J27/135
• 分類號: B01J27/135;A62D3/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王立曉

技術領域

本發明屬于環保技術領域，具體為一種新型的用于紫外光降解有機污染物的鉍系層狀含氟光催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著社會和科技的不斷發展，人們在充分享受豐富的物質生活的同時，能源短缺和環境污染業已成為人類社會面臨和亟待解決的關乎人類生存的重大問題。光催化具有光解水制氫和光降解有機污染物的功能，其利用的是清潔可再生的太陽能，將低密度的太陽能轉化為高密度的氫能，并能夠降解和礦化有機污染物，在解決能源和環境問題方面具有重要的應用前景。長久以來，TiO₂以其廉價無毒，催化活性高，化學穩定性好等優點受到廣泛關注。但是以TiO₂為代表的傳統光催化材料存在光響應范圍窄和光催化量子效率低等缺點。解決途徑主要包括兩方面，一方面是對TiO₂進行摻雜改性，另一方面是開發非TiO₂光催化材料。

層狀化合物是一種具有良好光催化活性的光催化材料，它獨特的層狀結構能夠有效地分離光生電子和空穴，從而提高光催化效率。作為鉍基化合物中的一大類，Aurivillius層狀化合物具有結構通式(Bi₂O₂)[A_n-1B_nO_3n+1]。Bi₄Ti₃O₁₂化合物是一種類鈣鈦礦型層狀化合物。在Bi₄Ti₃O₁₂的結構中，(Bi₂O₂)²⁺層之間夾著三個(Bi₂Ti₃O₁₀)²-類鈣鈦礦氧八面體層。Yao等人(Yao?W?F，Wang?H，Xu?X?H，Shang?S?X，Hou?Y，Zhang?Y，Wang?M.Mater.Lett.2003，57，1899-1902)用化學溶液分解法得到了Bi₄Ti₃O₁₂的純相粉體，并研究了各種條件對其光催化性能的影響。實驗表明Bi₄Ti₃O₁₂對甲基橙具有良好的降解能力，其機理認為是Bi₄Ti₃O₁₂的層狀結構有利于光生電子-空穴在(Bi₂O₂)²⁺層和(Bi₂Ti₃O₁₀)^2-層間傳輸，從而降低了相應的載流子重新復合，提高了光催化效率。Bi₂WO₆、Bi₂MoO₆等具有類似層狀結構的光催化材料相繼被制備出來。Bi₂TiO₄F₂是同Bi₄Ti₃O₁₂具有類似鈣鈦礦層狀結構的氟氧化合物。Bi₄Ti₃O₁₂中的TiO₆八面體被Bi₂TiO₄F₂中的TiO₄F₂八面體所替代。氟元素是電負性最強的元素，極強的電負性使其對電子具有較大的牽引力。已有報道證明氟的存在不僅能夠調控TiO₂活性面的暴露，而且能夠提高銳鈦礦物相的結晶性，并且能促進活性物質羥基自由基的生成。目前的研究主要集中于表面氟化或者氟元素摻雜，較少提及如Bi₂TiO₄F₂的氟氧化合物光催化材料。對于Bi₂TiO₄F₂的研究主要致力于解釋其結構和關注其鐵電性質，沒有研究其光催化性能的相關報道。Bi₂TiO₄F₂最初以固相方法合成，但其結晶性較差并存在少量雜質相。Kodama等(Kodama?H，Izumi?F，Watanabe?A.J.Solid?State?Chem.1981，36349-35)利用一種水熱技術制備出高結晶性高純度Bi₂TiO₄F₂，Richard(Needs?R?L，Dann?S?E，?Weller?M?T.Cherryman?J?C，Harris?R?K，Robin?K?H.J.Mater.Chem.2005，15，2399-2407)等使用相同方法制備出材料并對其進行結構解析。但是該方法要求條件苛刻，反應溫度較高，反應時間較長。因此，以一種簡單易行的方法合成氟氧化合物Bi₂TiO₄F₂，并對其光催化性能進行研究具有重要意義。