纳米花光催化材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型Bi203/BiFe03/Ti02纳米花光催化材料的制备方法，具体为Bi203/BiFe03异质结纳米颗粒与T1 2纳米花复合材料的制备，属于催化材料与纳米材料技术制备领域。
【背景技术】
[0002]作为一种传统的光催化剂，T12因其稳定性、无毒性、价格低廉等优点在光催化领域得到了广泛地研宄和应用。与其他微结构的材料相比，三维结构的T12纳米花比表面积更大、吸光性更强，表面晶面取向性及结晶度较高，具有更好的光催化性能。然而，作为一种宽禁带的半导体催化剂，二氧化钛只能吸收利用占太阳光谱范围约4%的紫外光，对太阳能利用率太低，同时光生电子-空穴对易复合，这些缺点限制了其在实际中的应用。近年来，研宄者们发现通过对1102进行修饰和改性，可提高T12的太阳光利用率，降低光生电子-空穴对复合率。修饰T12纳米花的主要方法有:非金属离子掺杂、金属离子掺杂、贵金属复合、半导体复合等。Zhang等人(L.Zhang, L.Chen, L.ff.Chen, G.Zhu.RSC Adv.,2014, 4，54463-54468)采用溶胶-水热技术将 Ag 颗粒负载到T12微米花上，J.Zhu 等人(J.Zhu, S.H.Wang, J.G.Wang, D.Q.Zhang, H.X.L1.Appl.Catal.B:Environ.，2011, 102, 120-125)利用溶剂热法制备了 Bi203/Ti02纳米花复合催化剂。
[0003]Bi2O3(Eg= 2.6-2.8eV)作为一种重要的η型半导体材料被广泛应用于光催化降角军污染物的研宄中。Hou 等人(J.G.Hou, C.Yang, Z.Wang, S.Q.Jiao, H.M.Zhu.Appl.Catal.B:Environ.，2013, 129，333-341)采用水热法制备了对可见光有响应的Bi203/Ti02m米晶。BiFeO3是一种典型的钙钛矿结构半导体，在室温下同时具有铁电性和磁性，同时因其禁带宽度适中(2.2-2.7eV)，在光催化应用方面又具有明显优势和潜在前景。Li等人(S.Li，Y.H.Lin, B.P.Zhang, J.F.Li, C.ff.Nan, J.Appl.Phys.，2009，105，054310)报导了一种 BiFeO3/T12II 壳结构纳米颗粒的制备方法。Zhu 等人(A.S.Zhu, Q.D.Zhao, X.Y.Li, Y.Shi, ACSAppl.Mater.1nterfaces, 2014, 6, 405-409)采用真空浸渍法将 BiFe03m米颗粒负载到 T12纳米管电极上。这些研宄表明，利用Bi2O3或者BiFeOJt T12修饰可以有效提高其可见光利用率和光催化性能。然而，目前对于三重体系的Bi203/BiFe03/Ti02纳米花复合材料的制备国内外还未见报道，因此，本发明提出一种Bi203/BiFe03/Ti02纳米花催化材料的制备方法，旨在通过将Bi203/BiFe03颗粒与T12纳米花复合来提高催化剂的太阳光利用率和光催化效率，为提高纳米结构T12材料光催化降解污染物的实际应用效能提供新的选择。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种制备Bi203/BiFe03颗粒与T12纳米花复合材料的方法。分别采用水热法和溶胶凝胶法制备出1102纳米花与Bi 203/BiFe03颗粒，再通过粘连法将Bi203/BiFe03颗粒负载到T1 2纳米花的表面，形成三元复合结构，进而达到提高光生电子-空穴对分离效率和太阳光利用率的目的。本方法简单可行，原料廉价，设备要求低，是一种环保的制备方法。
[0005]一种新型的Bi203/BiFe03/Ti02m米花光催化材料包括T1 2纳米花载体和Bi 203/BiFeO3纳米颗粒，Bi 203/BiFe03纳米颗粒均匀负载在T1 2纳米花的表面，Bi 203/BiFe03纳米颗粒直径为50-100nm，Bi203/BiFe03/Ti02纳米花光催化材料为I μπι ;Bi 203/BiFe03纳米颗粒中B1:Fe的摩尔比为1.5:1。
[0006]本发明的一种Bi203/BiFe03/Ti02纳米花光催化材料的制备方法，步骤如下:
[0007](I)水热法制备1102纳米花:将钛酸丁酯(TBOT)、丙三醇和乙醇按照1:5:15?:5:15体积比混合，搅拌后将上述混合溶液置于聚四氟乙烯反应釜中，180°C下水热反应24h，冷却至室温，收集产物并使用乙醇清洗，离心分离后干燥，450°C煅烧3h。
[0008](2)溶胶-凝胶法制备 Bi203/BiFe03纳米颗粒:Bi (NO 3) 3.5H20 和 Fe (NO3) 3.9H20以摩尔比为1.5:1的量投入乙二醇溶液中形成溶胶，搅拌，将溶胶于80°C下油浴恒温2h后，升温至120-160°C，搅拌至溶液全部蒸发。将剩余形成的粉末在500-550°C煅烧2h，即得Bi203/BiFe03m米颗粒。
[0009](3)Bi203/BiFe03/Ti02纳米花光催化材料的制备:步骤⑴中制备的T1 2纳米花与步骤(2)中制备的Bi203/BiFe03纳米颗粒置于无水乙醇中，其中Bi 203/BiFe03m米颗粒占打02纳米花的质量百分比为5% -15%，超声后于室温下搅拌，将上述悬浊液置于80°C油浴中，搅拌直至乙醇全部蒸发，得到产物即为Bi203/BiFe03/Ti02纳米花光催化材料。
[0010]本发明制备了一种三元复合结构的Bi203/BiFe03/Ti02纳米花材料，利用禁带宽度较窄的半导体催化剂Bi2O3和BiFeO 3与T1 2纳米花共同复合，提高了 T1 2纳米花的可见光利用率，同时三元结构的形成可以有效提高电子-空穴对的分离效率。本发明操作简单，可行性高，为纳米结构T12材料在光催化领域的研宄和实际应用提供了新的思路。
【附图说明】
[0011]图1是制备的1102纳米花，8“03作1?603复合颗粒，和Bi 203/BiFe03/Ti02m米花复合材料的X射线衍射图(XRD)。横坐标是两倍衍射角(2 Θ )，纵坐标是衍射峰强度(a.u.)。
[0012]图2是制备的1102纳米花，Bi 203作丨？603复合颗粒，和Bi 203/BiFe03/Ti02m米花复合材料的紫外可见漫反射(DRS)光谱图。横坐标是波长(nm)，纵坐标是吸收强度(a.u.)。
[0013]图3(a)是制备的T12纳米花的场发射扫描电镜图，放大倍数为3万倍。
[0014]图3(b)是制备的T12纳米花的场发射扫描电镜图，放大倍数为10万倍。
[0015]图3 (C)是制备的Bi203/BiFe03m米颗粒的场发射扫描电镜图，放大倍数为3万倍。
[0016]图3(d)是制备的Bi203/BiFe03/Ti02m米花复合材料的扫描电镜图，放大倍数为3万倍。
[0017]图3(e)是制备的Bi203/BiFe03/Ti02m米花复合材料的扫描电镜图，放大倍数为10万倍。
[0018]图4是制备的Bi203/BiFe03/Ti02纳米花复合材料的X-射线光电子能谱图(XPS)。横坐标是结合能(eV)，纵坐标是信号强度(cps)。图4(a)是Bi203/BiFe03/Ti02纳米花复合材料的XPS全谱图，图4(b)是C Is的XPS谱图，图4(c)是Ti 2p的XPS谱图，图4(d)是Bi 4f