[發(fā)明專利]一種BiFeO3納米顆粒復(fù)合TiO2納米管陣列電極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410123966.4
• 申請日: 2014-03-29
• 公開（公告）號: CN103908969A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肇啟東;朱阿姝;李新勇;石勇
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B01J23/843
• 分類號: B01J23/843;B01J37/02;B01J37/34
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無機鐵電性半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦納米管電極的方法，具體是一種鐵酸鉍納米顆粒復(fù)合二氧化鈦納米管電極光催化材料的制備方法，屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

TiO₂作為典型的傳統(tǒng)光催化劑，是一種寬帶隙半導(dǎo)體。與其他形態(tài)的TiO₂材料相比，陽極氧化法制備的高度有序的TiO₂納米管陣列具有更大的比表面積、更高的吸附能力及更有效的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)，提高了TiO2的光催化性能及光電轉(zhuǎn)換效率。但是TiO₂只能吸收波長小于或等于387.5nm的紫外光，對太陽光譜中占有45%能量的可見光部分幾乎沒有響應(yīng)，太陽能的利用率很低。此外，光生電子和空穴的復(fù)合幾率高，導(dǎo)致量子效率低，限制了其實際應(yīng)用。因此，擴展TiO2的光響應(yīng)范圍和降低光生電子和空穴的復(fù)合幾率以提高量子效率屬于有關(guān)領(lǐng)域的前沿課題。通過對TiO₂進行改性和表面修飾有助于解決其太陽能的利用率和量子效率低的問題。修飾TiO₂納米管陣列的技術(shù)主要包括電沉積法、溶液浸漬-熱分解法、化學(xué)溶液沉積法、溶膠-凝膠法、紫外光還原法等。I.Paramasivam等人(I.Paramasivam,H.Jha,N.Liu,and?P.Schmuki.Small,2012,8,No.20:3073)采用電沉積法填充ZSM-5到TiO₂納米管中。P.Q.Li等人(P.Q.Li,G.H.Zhao,X.Cui,Y.G.Zhang,and?Y.T.Tang.J.Phys.Chem.C,2009,113,2375)利用浸漬法制備出TiO₂-NTs/Sb-Doped?SnO₂。通過浸漬法沉積到TiO₂納米管陣列中的修飾物量一般比電沉積方法要大很多，浸漬法沉積之后修飾物幾乎能充滿整個TiO₂納米管以及在管口上面堆積。?

鈣鈦礦與尖晶石結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料被譽為“第三代”光催化劑，具有可靈活調(diào)變?的金屬組成和固溶體特性，近年來日益受到研究者的重視。其中一種典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物BiFeO₃，其晶體具有三方扭曲的鈣鈦礦型立體結(jié)構(gòu)，特殊的晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致BiFeO₃成為一種典型的鐵磁電材料，是少數(shù)室溫下同時具有鐵電性和磁性的鐵磁電材料之一，在作為記憶材料和鐵磁電傳感器等方面已備受關(guān)注。BiFeO₃因禁帶寬度適中(～2.7eV)，在光探測及光電轉(zhuǎn)換等應(yīng)用方面又具有明顯優(yōu)勢和潛在前景。近期研究者為了利用BiFeO₃材料的鐵電效應(yīng)，做了一些研究，例如制備出BiFeO₃/TiO₂異質(zhì)結(jié)粉末(Y.Zhang,A.M.Schultz,L.Li,H.Chien,P.A.Salvador,G.S.Rohrer.Acta?Materialia,2012,60,6486;S.Li,Y.H.Lin,B.P.Zhang,J.F.Li,C.W.Nan.Journal?of?Applied?Physics2009,105,054310)，Gd摻雜BiFeO₃的納米顆粒(G.S.Lotey,N.K.Verma.Chemical?Physics?Letters,2013,574,71)，光化學(xué)還原制備的Ag/BiFeO3(A.M.Schultz,Y.Zhang,P.A.Salvador,G.S.Rohrer.ACS?Applied?Materials&Interfaces,2011,3,1562)，以及Au納米顆粒修飾的BiFeO₃納米線(S.Li,J.Zhang,M.G.Kibria,Z.Mi,M.Chaker,D.Ma,R.Nechache,F.Rosei.Chemical?Communications,2013,49,5856)等。這些研究進一步證實了BiFeO₃和其他氧化物催化劑能形成有效的接觸從而提高其光催化性能以及一些光電物理性質(zhì)。然而，目前對于復(fù)合BiFeO₃和TiO₂納米管，國內(nèi)外尚未見報道，尤其是改性TiO₂納米管陣列時所用的超聲浸漬沉積法也鮮有報道。本發(fā)明提出制備的BiFeO₃/TiO₂納米管陣列復(fù)合電極，可將TiO₂納米管陣列的紫外光活性拓展至可見光，所用原材料廉價易得，制備方法簡便，操作易于控制，設(shè)備要求低，是一種環(huán)保的制備方法。?