[發明專利]一種多孔納米BiFeO3的制備方法

有效

• 申請號: 201610008255.1
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105521789B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 劉福生;曹佳偉;王小慶;陳佳鑫
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: B01J23/843
• 分類號: B01J23/843;B01J35/10;C01G49/00;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明公開了一種多孔納米BiFeO₃的制備方法，該方法將鐵鹽、鉍鹽、酸與去離子水混合后，攪拌溶解得到鐵鹽、鉍鹽和酸的混合溶液，將堿與去離子水混合，攪拌溶解得到堿溶液；攪拌下將鐵鹽、鉍鹽和酸的混合溶液滴加入堿溶液中反應，反應產物經洗滌和離心分離得到BiFeO₃溶膠；BiFeO₃溶膠與去離子水混合后，經超聲分散，再加入有機溶劑和可升華的化合物模板，通過水?有機溶劑混合溶劑熱法反應，產物經蒸餾除去混合溶劑后，再經焙燒、冷卻、研磨、洗滌、過濾、干燥和研磨工藝過程，即得到多孔納米BiFeO₃粉末。該方法工藝簡單易行，投資小，有利于推廣應用。

技術領域

本發明涉及一種多孔納米BiFeO₃的制備方法，屬于光催化材料領域。

背景技術

隨著工業化進程的加快，能源危機和環境危機日益嚴重，可再生新能源的開發備受關注。太陽能作為一種清潔能源，是取之不盡、用之不竭、無污染、廉價、全球各國均能夠自由和平利用的能源，也是各種可再生能源如生物質能、風能、海洋能、水能等其它能源之本。各國政府都十分重視可再生能源的開發，可再生能源是各國大力投資的熱點研究領域。

光催化劑是一類開發利用太陽能必備的半導體材料。目前，已被科學家們研究的半導體光催化劑種類繁多，如TiO₂、CdS、SrTiO₃、RuO₂、ZnO和Fe₂O₃等。BiFeO₃作為一種半導體光催化劑，具有穩定性好、難溶、環境友好、帶隙窄、資源豐富和應用成本低等特點，尤其是與其它半導體復合時，可有效提高光催化活性，是應用前景看好的光催化劑之一。

材料的結構與性能密切相關，結構決定性能，材料結構的可控制備是材料科學領域的熱點研究方向，是制備高性能材料的重要手段。目前關于納米材料可控制備方法的研究報道很多。自1987年Penner等人提出了納米材料的模板合成方法以來，模板法因具有工藝簡單、操作方便、能耗低等優點，受到了廣泛的關注。利用模板法，通過改變模板的直徑和其它工藝參數可以獲得形狀和大小可控的納米材料。目前已經用于納米晶、納米薄膜、半導體、納米管和納米線等材料的制備，在納米材料制備領域具有重要的地位，成為制備高性能納米材料的重要手段。

BiFeO₃納米化和多孔化是提高BiFeO₃光催化效率的有效方法之一。制備多孔納米BiFeO₃可采用模板法，模板主要有微乳液模板、乳液模板、離子型表面活性劑模板、非離子型表面活性劑模板、嵌段共聚物模板、組合物模板(如聚氧乙烯十二烷基醚和聚乙二醇)和單分散聚合物顆粒模板等。通過溶膠凝膠反應，BiFeO₃溶膠以次價鍵與模板作用形成骨架結構，然后采取溶劑萃取法或高溫焙燒法除去模板，從而得到與模板尺寸相當的孔穴。但是，使用上述傳統的模板制備多孔納米BiFeO₃時，無論是采用焙燒法還是萃取法除去模板都存在嚴重缺陷。焙燒法除去模板時，由于要除盡模板的溫度高，會造成孔道的坍塌，使制成的多孔納米BiFeO₃半導體光催化劑表面缺陷太多，成為電子-空穴的復合中心，降低光催化效率。萃取法則難以徹底除盡模板，使得多孔納米BiFeO₃半導體光催化劑的純度降低，導致光催化性能下降。因此，如何制備孔道無坍塌、表面無缺陷、模板無殘留和高比表面積的多孔納米BiFeO₃半導體光催化劑是一個重要課題。