CN103521211B - 一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,其步骤如下:一:将一定量Bi(NO3)3·5H2O加入到10mL2mol/L的硝酸溶液中,磁力搅拌器10分钟,再加入一定量In(NO3)3·5H2O磁力搅拌器10分钟;二:缓慢加入0.1g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),磁力搅拌器30分钟,再缓慢加入0.4g草酸,继续搅拌30分钟;三:将溶液超声20分钟后水浴加热搅拌至溶液蒸干;四:将坩埚放入马弗炉中以3℃/min的升温速率加热至目标温度,保温3个小时,炉内自然冷却。通过上述四个步骤就可以得到In掺杂Bi2O3黄色粉末。本发明通过沉淀法使金属离子In掺杂入Bi2O3,提高了其导带底位置,从而实现Bi2O3在水溶液中具有光催化产氢活性。

Description

一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,尤其适合于光催化制氢,属于材料、环境和新能源技术领域。
背景技术
20世纪人类社会经济高速发展的同时也出现了环境污染、能源短缺、生态破坏等一系列重大问题。因此,为了人类的可持续发展,开发利用新能源迫在眉睫。光催化技术,是一种解决环境污染物和能源危机行之有效的方法,因而成为研究的热点问题。
而现有的光催化剂大多数都如二氧化钛(TiO2)一样,只能对紫外光发生响应,对太阳光的利用率低,因此研究高效、可见光响应的光催化剂是问题的关键。氧化铋(Bi2O3)是一种极富有吸引力的半导体材料,具有多种晶型,如:α、β、γ、ω、δ等,带隙从β-Bi2O3的2.58eV到α-Bi2O3的2.85eV不等,具有可见光光催化性能。它可以吸收太阳光中的可见光,并受激发产生高活性物种,用于去除有机污染物从而实现环境净化。虽然Bi2O3光催化材料具有不错的光催化降解污染物的能力,但是同样也存在一定的缺陷:1)光生电子和空穴比较容易发生复合,光量子效率较低;2)Bi2O3在反应的过程中往往不稳定。3)由于Bi2O3的导带底低于H+/H2的还原电位,除了γ-Bi2O3外,目前关于Bi2O3光催化制氢的研究非常少。为了提高Bi2O3材料的光催化活性,一般采用掺杂或者复合改性的方法来对其进行改性。
本申请人发明了一种In掺杂Bi2O3光催化材料的方法。采用沉淀法,将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂,草酸为沉淀剂制备出多孔棒状纳米Bi2O3颗粒,通过改变温度和掺杂量从而得到不同的晶型与性能的Bi2O3,实现了其光催化制氢。
发明内容
(1)目的:本发明的目的在于提供一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,它采用沉淀法,将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂,草酸为沉淀剂制备出纳米Bi2O3颗粒,通过改变温度和掺杂量从而得到不同的晶型与性能的Bi2O3,实现了其光催化制氢。这种制备方法简单易操作,通过金属离子掺杂来提高Bi2O3导带底位置,从而实现其光催化分解水产氢。
(2)本发明的技术解决方案:一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,具体如下:首先将一定量五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)加入到10mL2mol/L的硝酸溶液中,再加入一定量五水硝酸铟(In(NO3)3·5H2O)磁力搅拌器10分钟,然后加入0.1g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),磁力搅拌器30分钟,再加入0.4g草酸,继续搅拌30分钟。超声20分钟后水浴加热搅拌至溶液蒸干,放入马弗炉中以3℃/min的升温速率加热至目标温度,保温3个小时,炉内自然冷却至室温得到Bi2O3粉体。
综上所述,本发明一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,该方法具体步骤如下:
步骤一:将一定量Bi(NO3)3·5H2O加入到10mL2mol/L的硝酸溶液中,磁力搅拌器10分钟,再加入一定量In(NO3)3·5H2O磁力搅拌器10分钟;
步骤二:缓慢加入0.1g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),磁力搅拌器30分钟,再缓慢加入0.4g草酸,继续搅拌30分钟;
步骤三:将溶液超声20分钟后水浴加热搅拌至溶液蒸干;
步骤四:将坩埚放入马弗炉中以3℃/min的升温速率加热至目标温度,保温3个小时,炉内自然冷却。
通过上述四个步骤就可以得到In掺杂Bi2O3黄色粉末。
其中,在步骤一中所述的“一定量Bi(NO3)3·5H2O”,该一定量一般是1~3克。
其中,在步骤一中所述的“一定量In(NO3)3·5H2O”是指Bi和In摩尔比一定时计算出In(NO3)3·5H2O的质量;该一定量一般是0.01~0.1克。
其中,在步骤四中所述的“目标温度”是指制备不同相Bi2O3的温度。
(3)本发明的优点是:通过沉淀法使金属离子In掺杂入Bi2O3,提高了其导带底位置,从而实现Bi2O3在水溶液中(甲醇作为牺牲剂)具有光催化产氢活性。
附图说明
图1本发明所述方法流程图
图2实例1-5不同掺杂量的Bi2O3X-射线衍射仪(XRD)对比图
图3实例1-5不同掺杂量的Bi2O3产氢量对比图
具体实施方式
见图1、图2、图3所示,下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明,但本发明的保护范围并不仅限于下列实施例,应包括专利申请书中的全部内容。
实施例1
本发明一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,其具体步骤如下:
步骤一:称取2.4817gBi(NO3)3·5H2O置于20mL坩埚中,加入10mL浓度为2mol/L硝酸溶液,磁力搅拌器10分钟,再称取0.01g In(NO3)3·5H2O放置于上述溶液中,磁力搅拌器10分钟。
步骤二:称取0.1g十六烷基三甲基溴化铵即CTAB,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。再称取0.4g草酸,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。
步骤三:将上述溶液超声20分钟,85度水浴加热并磁力搅拌器至溶液蒸干,待样品为粘稠状,取出磁子,用玻璃棒将粘稠液搅拌混合均匀。
步骤四:将坩埚置于马弗炉中,以3℃/min的升温速率升温至300℃,并在300℃保温3小时,炉内自然冷却至室温。
实施例2
本发明一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,其具体步骤如下:
步骤一:称取2.4817g Bi(NO3)3·5H2O置于20mL坩埚中,加入10mL浓度 为2mol/L硝酸溶液,磁力搅拌器10分钟。再称取0.02g In(NO3)3·5H2O放置于上述溶液中,磁力搅拌器10分钟。
步骤二:称取0.1g CTAB,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。再称取0.4g草酸,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。
步骤三:将上述溶液超声20分钟,85度水浴加热并磁力搅拌器至溶液蒸干,待样品为粘稠状,取出磁子,用玻璃棒将粘稠液搅拌混合均匀。
步骤四:将坩埚置于马弗炉中,以3℃/min的升温速率升温至300℃,并在300℃保温3小时,炉内自然冷却至室温。
实施例3
本发明一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,其具体步骤如下:
步骤一:称取2.4817g Bi(NO3)3·5H2O置于20mL坩埚中,加入10mL浓度为2mol/L硝酸溶液,磁力搅拌器10分钟。再称取0.03g In(NO3)3·5H2O放置于上述溶液中,磁力搅拌器10分钟。
步骤二:称取0.1g CTAB,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。再称取0.4g草酸,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。
步骤三:将上述溶液超声20分钟,85度水浴加热并磁力搅拌器至溶液蒸干,待样品为粘稠状,取出磁子,用玻璃棒将粘稠液搅拌混合均匀。
步骤四:将坩埚置于马弗炉中,以3℃/min的升温速率升温至300℃,并在300℃保温3小时,炉内自然冷却至室温。
实施例4
本发明一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,其具体步骤如下:
步骤一:称取2.4817g Bi(NO3)3·5H2O置于20mL坩埚中,加入10mL浓度为2mol/L硝酸溶液,磁力搅拌器10分钟。再称取0.04g In(NO3)3·5H2O放置于上述溶液中,磁力搅拌器10分钟。
步骤二:称取0.1g CTAB,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。再称取0.4g草酸,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。
步骤三:将上述溶液超声20分钟,85度水浴加热并磁力搅拌器至溶液蒸干,待样品为粘稠状,取出磁子,用玻璃棒将粘稠液搅拌混合均匀。
步骤四:将坩埚置于马弗炉中,以3℃/min的升温速率升温至300℃,并在 300℃保温3小时,炉内自然冷却至室温。
实施例5
本发明一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,其具体步骤如下:
步骤一:称取2.4817gBi(NO3)3·5H2O置于20mL坩埚中,加入10mL浓度为2mol/L硝酸溶液,磁力搅拌器10分钟。
步骤二:称取0.1gCTAB,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。再称取0.4g草酸,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。
步骤三:将上述溶液超声20分钟,85度水浴加热并磁力搅拌器至溶液蒸干,待样品为粘稠状,取出磁子,用玻璃棒将粘稠液搅拌混合均匀。
步骤四:将坩埚置于马弗炉中,以3℃/min的升温速率升温至300℃,并在300℃保温3小时,炉内自然冷却至室温。
实施例6
本发明一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,其具体步骤如下:
步骤一:称取2.4817g Bi(NO3)3·5H2O置于20mL坩埚中,加入10mL浓度为2mol/L硝酸溶液,磁力搅拌器10分钟。再称取0.02g In(NO3)3·5H2O放置于上述溶液中,磁力搅拌器10分钟。
步骤二:称取0.1g CTAB,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。再称取0.4g草酸,缓慢均匀倒入正在搅拌的溶液中,磁力搅拌器30分钟。
步骤三:将上述溶液超声20分钟,85度水浴加热并磁力搅拌器至溶液蒸干,待样品为粘稠状,取出磁子,用玻璃棒将粘稠液搅拌混合均匀。
步骤四:将坩埚置于马弗炉中,以3℃/min的升温速率升温至600℃,并在300℃保温3小时,炉内自然冷却至室温。
对上述实例中掺杂In的Bi2O3进行光催化性能测试。测试方法是,称取0.1g样品放入50mL试管中,并加入10mL去离子水和10mL无水甲醇,塞紧试管塞,冷水浴中磁力搅拌器。氙灯直射试管,1小时取一次样品,用气相色谱检测产生气体,记录数据。经分析测试发现,纯Bi2O3不能从甲醇水溶液中释放出氢气,而掺杂In的Bi2O3都能从甲醇水溶液中释放出氢气,说明在Bi2O3中掺杂In确实可以提高导带底的位置,从而实现光催化制氢。

Claims (3)

1.一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,其特征在于:该方法具体步骤如下:
步骤一:将预定量Bi(NO3)3·5H2O加入到10mL2mol/L的硝酸溶液中,磁力搅拌器10分钟,再加入预定量In(NO3)3·5H2O磁力搅拌器10分钟;
步骤二:缓慢加入0.1g十六烷基三甲基溴化铵即CTAB,磁力搅拌器30分钟,再缓慢加入0.4g草酸,继续搅拌30分钟;
步骤三:将溶液超声20分钟后水浴加热搅拌至溶液蒸干;
步骤四:将坩埚放入马弗炉中以3℃/min的升温速率加热至目标温度,保温3个小时,炉内自然冷却;所述的目标温度是指制备不同相Bi2O3的温度;
通过上述四个步骤就得到In掺杂Bi2O3黄色粉末。
2.根据权利要求1所述的一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,其特征在于:在步骤一中所述的“预定量Bi(NO3)3·5H2O”,该预定量为1~3克。
3.根据权利要求1所述的一种In掺杂Bi2O3光催化材料的制备方法,其特征在于:在步骤一中所述的“预定量In(NO3)3·5H2O”,该预定量为0.01~0.1克。
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