一种提高铁酸铋‑氧化石墨烯复合材料光催化活性的方法与流程

本发明涉及一种提高铁酸铋-氧化石墨烯复合材料光催化活性的方法。

背景技术：

随着社会的日益迅速发展以及人口数量的急剧增加，污染问题和能源匿乏问题日趋严重，环境问题成为威胁人类生存的重大问题，光催化技术的出现使得这一亟待解决的问题出现曙光，光催化技术是利用光响应材料吸收太阳光来产生电子-空穴对，从而与外界产生氧化-还原反应的技术，光催化技术是从20世纪70年代逐步发展起来的在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术，该技术能使环境中的有机污染物发生氧化分解反应，最终降解为co2、水和无机离子等小分子物质，无二次污染、降解程度高，被认为是目前最有前景的污染处理方法。光催化技术作为一种高效、安全的环境友好型环境净化技术，对室内空气质量的改善已得到国际学术界的认可，光催化技术已广泛应用在无机污染物废水处理、有机化合物的处理、抗菌处理以及空气的净化等方面，因此如何提高光催化活性成为人们日益关注的焦点问题。

目前，铁电材料对光催化活性的影响逐渐得到大家关注，铁电材料内部的自发极化可拉开光生电子-空穴对，从而减少其复合几率，进而提高光催化活性，但静态的内建电场很容易由于静电屏蔽导致自由载流子被饱和，这就降低了载流子的分离率，并且单一的铁电材料对于提高光催化活性的效果不好。针对这个问题，本发明提出了一种提高铁酸铋-石墨烯复合材料光催化活性的方法。

技术实现要素：

本发明所述的提高铁酸铋-氧化石墨烯复合材料光催化活性的方法，包括以下步骤：

步骤1）将光催化反应物及铁酸铋-氧化石墨烯复合材料置于透明容器中，把该透明容器放置在超声机中，超声机的底部通有流动水；

步骤2）打开光源进行光催化反应，反应过程中开启超声机产生超声振动。

由于铁酸铋是一种铁电材料，具有压电效应，在机械振动作用下，表面会出现正、负电荷，在周期性的超声照射下，内建电场可交替，从而不间断的分离电子空穴对，从而提高光催化活性。

本发明的有益之处是：

1）铁酸铋纳米立方与三维氧化石墨烯复合物中的铁酸铋纳米立方具有压电效应，所以超声机产生的机械振动可以改变铁酸铋纳米立方与三维氧化石墨烯复合物内部的极化，在周期性的超声照射下，内建电场可交替，从而不间断的分离电子空穴对，从而提高光催化活性。

2）三维氧化石墨烯作为良好的运输载体可有效分离电子空穴对，阻止光生载流子转移至铁酸铋纳米立方与三维氧化石墨烯复合物表面过程中的复合，在与铁酸铋纳米立方的压电效应的协同作用下，催化活性非常好。

3）该方法便于操作，高效可靠。

附图说明

图1为本发明所使用的装置示意图，图中1、超声机，2、排水管，3、流动水，4、亚甲基蓝染料，5、烧杯，6、白炽灯，7、铁酸铋纳米立方与三维氧化石墨烯复合物，8、进水管，9、水龙头。

图2为三组亚甲基蓝染料降解率对比图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参照附图。实施例1本发明所述的方法构建的机械调控装置是由超声机1、排水管2、流动水3、亚甲基蓝染料4、烧杯5、白炽灯6、铁酸铋纳米立方与三维氧化石墨烯复合物7、进水管8、水龙头9组成的，烧杯5中装有甲基蓝染料4，在甲基蓝染料4中加入铁酸铋纳米立方与三维氧化石墨烯复合物7，把烧杯5放置在超声机1中，水龙头9安装在超声机1左侧，进水管8一端与水龙头9连接，一端放入超声机1底部，超声机1底部通有流动水3，使烧杯5浸泡在流动水3中，排水管2安装在超声机1右侧底部，白炽灯6安装在超声机1的上方，超声机1产生超声振动，改变铁酸铋纳米立方与三维氧化石墨烯复合物7内部的极化，在周期性的超声照射下，内建电场可交替，从而不间断的分离电子空穴对，从而提高光催化活性。

所述的机械调控装置在工作时，首先在烧杯5中加入亚甲基蓝染料4，然后加入铁酸铋纳米立方与三维石墨烯复合物7，将烧杯5放在超声机1中，打开白炽灯6，打开水龙头9，超声机底部通有流动水3，流动水3有助于反应装置的散热，使反应装置的温度保持在室温，最后开启超声机1，产生周期超声振动，铁酸铋纳米立方与三维氧化石墨烯复合物7受到力的作用，内部的极化发生改变，内建电场可交替，观察催化反应现象，记录亚甲基蓝染料4的褪色速度。

实施例2将实施例1中的铁酸铋纳米立方与三维氧化石墨烯复合物7换为单一材料铁酸铋纳米立方，其他操作过程与实施例1一致，观察催化反应现象，记录亚甲基蓝染料4的褪色速度。

实施例3在实验过程中，不对催化反应施加超声振动，其他操作过程与实施例1一致，观察催化反应现象，记录亚甲基蓝染料4的褪色速度。

从结果中可以看出在可见光照射下，当对复合材料施加机械振动，即就是对复合材料进行机械-光催化，我们发现，仅仅80min亚甲基蓝染料就全部降解。催化性能相比其他对比组非常优异。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构想的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种提高铁酸铋‑氧化石墨烯复合材料光催化活性的方法，包括以下步骤：步骤1）将光催化反应物及铁酸铋‑氧化石墨烯复合材料置于透明容器中，把该透明容器放置在超声机中，超声机的底部通有流动水；步骤2）打开光源进行光催化反应，反应过程中开启超声机产生超声振动。由于铁酸铋是一种铁电材料，具有压电效应，在机械振动作用下，表面会出现正、负电荷，在周期性的超声照射下，内建电场可交替，从而不间断的分离电子空穴对，从而提高光催化活性。

技术研发人员：吴化平;王有岩;徐振雄;刘爱萍;张征;丁浩;李吉泉;鲁聪达;令欢
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2017.05.10
技术公布日：2017.08.11