CN104841433B - 一种具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂及其制备方法 - Google Patents

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一种具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂及其制备方法，属于赤铁矿光催化剂技术领域。是将聚丙烯酸和九水硝酸铁按摩尔比2：1～3：1的比例混合后溶于乙醇中，反应体系中固体物质的质量体积浓度为0.01～0.05毫克/升；然后在室温下，在200～600转/分钟下搅拌反应4～10小时；之后将所得到的混合物溶液抽滤，抽滤产物60～80℃条件下烘干，烘干产物再在空气气氛、400～600℃条件下烧结3～5小时，自然冷却至室温后得到最终去除模板的赤铁矿光催化剂。在光催化过程中，具有孪晶结构样品能够提供更多的活性位，最终获得较好的光催化活性。

Description

一种具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于赤铁矿光催化剂技术领域，具体涉及一种具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂及其制备方法。
背景技术
光催化由于其高效率、高能源利用率，在再生能源和降解环境污染物等领域中具有举足轻重的作用和地位。因此探索性能优良的光催化剂，并实现模拟环境污染物的降解过程有着广泛和深远的意义。
有许多半导体氧化物、硫化物和氮化物都具有光催化活性。然而，大多数氧化物的吸收边缘只在紫外区域，这限制了其对大部分太阳光谱的使用。尽管硫化物和氮化物有较低的带隙，但是这些材料在水介质中的稳定性很差。为克服这些劣势，赤铁矿成为近来备受关注的半导体光催化剂。赤铁矿(α-Fe2O3)是在大多数水溶液环境(pH>3)中最稳定的铁氧化物。由于其狭窄的带隙约2.2eV，赤铁矿能吸收的光谱范围可达到600nm，即可以利用高达40％的太阳光谱能量，而且成本低廉，是最便宜的半导体材料之一。它的光催化活性可以用于H2生产，可进一步用于燃料电池。因此，赤铁矿是作为有前途的光催化剂被广泛研究。然而，赤铁矿的光催化性能受到一些因素的限制，如电子和空穴的复合率高、低扩散长度和导电性差，导致效率低。研究人员已经进行了很多尝试克服这些困难，例如构建纳米结构以降低电子和空穴的复合率，掺杂合适的金属来增强电导率从而提高电荷转移能力等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种产量较高、催化效率较高的具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂及其制备方法。
本发明采用聚丙烯酸模板法，经常温搅拌和高温处理两个步骤，制备出了一种具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂。本发明通过对原料配比的调节控制，进而调整产物的形貌和尺寸，从而得到光催化性能良好的赤铁矿；再通过对甲基橙的降解采用紫外可见光吸收谱测试技术来研究赤铁矿的光催化性能。
本发明所述的一种具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂的制备方法，其特征在于：是将聚丙烯酸和九水硝酸铁按摩尔比2：1～3：1的比例混合后溶于乙醇中，反应体系中固体物质的质量体积浓度为0.01～0.05毫克/升；然后在室温下，在200～600转/分钟下搅拌反应4～10小时；之后将所得到的混合物溶液抽滤，抽滤产物60～80℃条件下烘干，烘干产物再在空气气氛、400～600℃条件下烧结3～5小时，自然冷却至室温后得到最终去除模板的赤铁矿光催化剂。
所制备的赤铁矿光催化剂为赤铁矿相，与PDF卡33-0664的标准图谱相对应，见图1。并且具有多孔结构，形貌为孔洞状，如图2所示。
光催化降解甲基橙测试：
将制备好的赤铁矿光催化剂100毫克加入到150毫升的甲基橙溶液中，用500W的高压汞灯照射，其中高压汞灯的光谱范围包括可见区和紫外区两个波段，甲基橙溶液的初始浓度为10毫克/升。每隔相同的时间段(20分钟)，取出2毫升的混合液体，测试甲基橙的吸收光谱，最终通过计算吸收光谱中甲基橙特征峰(462nm)的峰位强度变化情况得出甲基橙的降解率。整个光催化实验过程为2小时。
任意时刻甲基橙降解率的计算公式为：c＝a/b*100％，式中c为该时刻的甲基橙降解率，a为该时刻的甲基橙特征峰强度，b为实验初始时刻甲基橙特征峰强度。
其中，样品分类为铁源组和聚丙烯酸组。相同点为都是通过改变聚丙烯酸与铁源的摩尔比制备出赤铁矿。聚丙烯酸与九水硝酸铁的摩尔比的变化范围为3：1～2:1，不同点为铁源组的制备为将聚丙烯酸的量固定(540mg)，改变铁源的量；聚丙烯酸组的制备为将铁源的量固定(2018mg)，改变聚丙烯酸的量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案及其制备出来材料的性能，下面给出相关图示。
图1为聚丙烯酸720的X射线电子衍射图谱；
图2为铁源2018的扫描电子显微镜图谱；
图3为在铁源组，聚丙烯酸的量相同的情况下，对比对甲基橙的最终降解率图；
图4为铁源组和聚丙烯酸组光催化性能对比，即铁源2018和聚丙烯酸720对甲基橙的最终降解率图；
图5为铁源2018(a)和聚丙烯酸720(b)选区电子衍射图。
由图1的X射线电子衍射图谱可以看出，聚丙烯酸720由赤铁矿相组成，衍射峰位分别与PDF卡33-0664的标准图谱的特征峰相对应，说明所制备样品结晶性良好，有利于调控其他性能参数。在光催化过程中，能更好的控制环境参数，以达到最佳的降解效果。
由图2的扫描电子显微镜图谱可以看出，铁源2018具有多孔形貌，孔洞结构。在光催化的过程中，这种结构可以提供更大的比表面积，进而更好的吸收和利用光，有利于提高光催化活性。
由图3可以看出，铁源组对于甲基橙的最终催化降解率分别为铁源1009(53％)，铁源2018(63％)，铁源4036(54％)。说明铁源组样品都具有一定的光催化降解甲基橙的能力，而铁源2018的光催化降解能力在铁源组最好。
由图4可以观察到，聚丙烯酸720对于甲基橙的最终催化降解率为74％。这个数值高于铁源2018(63％)。说明聚丙烯酸组样品与铁源组样品相比，具有更优异的光催化降解甲基橙的能力。
由图5的选区电子衍射图谱可以看出，铁源2018具有多晶电子衍射斑纹特征，聚丙烯酸720具有孪晶电子衍射斑纹特征。图中画出两个衍射斑点对应的晶面指数分别为(006)和(024)。两组布拉菲格子成一定角度交错存在，形成孪晶结构。这种孪晶结构可能是由孔洞形貌连接处的结构特征造成的。而聚丙烯酸720的光催化降解能力优于铁源2018。说明孪晶结构有利于光催化降解甲基橙，究其根源是具备孪晶结构的样品具有更多的结合点，这些结合点有利于光的吸收和利用。在光催化过程中，具有孪晶结构样品能够提供更多的活性位，最终获得较好的光催化活性。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。实施例1：
赤铁矿的制备工艺、混合原料的配比和光催化性能的监测工艺如上所述，所不同是通过对铁源量进行改变，在这里我们选用九水硝酸铁的用量为4036mg(之后用铁源4036表示此例条件下制备得到的光催化剂)。
将聚丙烯酸和九水硝酸铁按摩尔比4：3的比例混合后溶于乙醇中，反应体系中固体物质的质量体积浓度为0.02毫克/升；然后在室温下，在600转/分钟下搅拌反应4小时；之后将所得到的混合物溶液抽滤，抽滤产物在60℃条件下烘干，烘干产物再在空气气氛、400℃条件下烧结，自然冷却至室温后得到最终去除模板的赤铁矿光催化剂，所得产物的质量约为300mg。
将本实施例制得的赤铁矿光催化剂100毫克加入到150毫升的甲基橙溶液中，用500W的高压汞灯照射，甲基橙溶液的初始浓度为10毫克/升。每隔相同的时间段(20分钟)，取出大约2毫升的混合液体，测试甲基橙的吸收光谱，最终通过计算吸收光谱中甲基橙特征峰的峰位强度变化情况得出甲基橙的降解率。甲基橙降解率达53％以上。
实施例2
赤铁矿的制备工艺、混合原料的配比和光催化性能的监测工艺如实施例1所述，所不同是通过对铁源量进行改变，在这里我们选用九水硝酸铁的用量为2018mg(之后用铁源2018表示此例条件下制备得到的光催化剂)。
将聚丙烯酸和九水硝酸铁按摩尔比8：3的比例混合后溶于乙醇中，反应体系中固体物质的质量体积浓度为0.02毫克/升；然后在室温下，在600转/分钟下搅拌反应4小时；之后将所得到的混合物溶液抽滤，抽滤产物在60℃条件下烘干，烘干产物再在空气气氛、400℃条件下烧结，自然冷却至室温后得到最终去除模板的赤铁矿光催化剂，所得产物的质量约为350mg。
将本实施例制得的赤铁矿光催化剂100毫克加入到150毫升的甲基橙溶液中，用500W的高压汞灯照射，甲基橙溶液的初始浓度为10毫克/升。每隔相同的时间段(20分钟)，取出大约2毫升的混合液体，测试甲基橙的吸收光谱，最终通过计算吸收光谱中甲基橙特征峰的峰位强度变化情况得出甲基橙的降解率。甲基橙降解率达63％以上。
实施例3
铁矿的制备工艺、混合原料的配比和光催化性能的监测工艺如实施例1所述，所不同是通过对铁源量进行改变，在这里我们选用九水硝酸铁的用量为1009mg(之后用铁源1009表示此例条件下制备得到的光催化剂)。
将聚丙烯酸和九水硝酸铁按摩尔比16：3的比例混合后溶于乙醇中，反应体系中固体物质的质量体积浓度为0.02毫克/升；然后在室温下，在600转/分钟下搅拌反应4小时；之后将所得到的混合物溶液抽滤，抽滤产物在60℃条件下烘干，烘干产物再在空气气氛、400℃条件下烧结，自然冷却至室温后得到最终去除模板的赤铁矿光催化剂，所得产物的质量约为300mg。
将本实施例制得的赤铁矿光催化剂100毫克加入到150毫升的甲基橙溶液中，用500W的高压汞灯照射，甲基橙溶液的初始浓度为10毫克/升。每隔相同的时间段(20分钟)，取出大约2毫升的混合液体，测试甲基橙的吸收光谱，最终通过计算吸收光谱中甲基橙特征峰的峰位强度变化情况得出甲基橙的降解率。甲基橙降解率达54％以上。
通过实施例1、2、3对比(如图1)，这说明铁源4036、铁源1009和聚丙烯酸的用量并不相匹配，限制了在光催化性能上的发展。而摩尔比值为8：3的铁源2018组是最为合适的。所以在以下的讨论中，我们都是以铁源2018为实验对象的。
实施例4
铁矿的制备工艺、混合原料的配比和光催化性能的监测工艺如实施例1所述，所不同是通过对聚丙烯酸的量进行改变，在这里我们选用聚丙烯酸的用量为1080mg(之后用聚丙烯酸1080表示此例条件下制备得到的光催化剂)。
将聚丙烯酸和九水硝酸铁按摩尔比3：1的比例混合后溶于乙醇中，反应体系中固体物质的质量体积浓度为0.02毫克/升；然后在室温下，在600转/分钟下搅拌反应4小时；之后将所得到的混合物溶液抽滤，抽滤产物在60℃条件下烘干，烘干产物再在空气气氛、400℃条件下烧结5小时，自然冷却至室温后得到最终去除模板的赤铁矿光催化剂，所得产物的质量约为320mg。
将本实施例制得的赤铁矿光催化剂100毫克加入到150毫升的甲基橙溶液中，用500W的高压汞灯照射，甲基橙溶液的初始浓度为10毫克/升。每隔相同的时间段(20分钟)，取出大约2毫升的混合液体，测试甲基橙的吸收光谱，最终通过计算吸收光谱中甲基橙特征峰的峰位强度变化情况得出甲基橙的降解率。首次甲基橙的最终降解率可以达到70％。
实施例5
铁矿的制备工艺、混合原料的配比和光催化性能的监测工艺如实施例1所述，所不同是通过对聚丙烯酸的量进行改变，在这里我们选用聚丙烯酸的用量为720mg(之后用聚丙烯酸720表示此例条件下制备得到的光催化剂)。
将聚丙烯酸和九水硝酸铁按摩尔比2：1的比例混合后溶于乙醇中，反应体系中固体物质的质量体积浓度为0.02毫克/升；然后在室温下，在200转/分钟下搅拌反应10小时；之后将所得到的混合物溶液抽滤，抽滤产物在80℃条件下烘干，烘干产物再在空气气氛、600℃条件下烧结3小时，自然冷却至室温后得到最终去除模板的赤铁矿光催化剂，所得产物的质量约为360mg。
将本实施例制得的赤铁矿光催化剂100毫克加入到150毫升的甲基橙溶液中，用500W的高压汞灯照射，甲基橙溶液的初始浓度为10毫克/升。每隔相同的时间段(20分钟)，取出大约2毫升的混合液体，测试甲基橙的吸收光谱，最终通过计算吸收光谱中甲基橙特征峰的峰位强度变化情况得出甲基橙的降解率。甲基橙的最终降解率可以达到74％，如图2所示，聚丙烯酸720的最终降解率在相同的测试条件下达到了最佳。
实施例6
赤铁矿的制备工艺、混合原料的配比和光催化性能的监测工艺如实施例1所述，所不同的是，利用选区电子衍射谱对样品进行测试。实验的结果见图3，铁源2018的选区电子衍射谱是多晶，而聚丙烯酸720的选区电子衍射谱形成孪晶，这意味着聚丙烯酸720可以在光催化过程中提供更多的结合点，即活性点，更加有利于光的吸收和利用，对光催化过程有促进作用。

Claims (4)

1.一种具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂的制备方法，其特征在于：是将聚丙烯酸和九水硝酸铁按摩尔比2：1～3：1的比例混合后溶于乙醇中，室温下200～600转/分钟下搅拌反应4～10小时，然后将得到的混合物溶液抽滤，抽滤产物烘干后再在空气气氛、400～600℃条件下烧结3～5小时，自然冷却至室温后得到最终去除模板的赤铁矿光催化剂。
2.如权利要求1所述的一种具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂的制备方法，其特征在于：反应体系中固体物质的质量体积浓度为0.01～0.05毫克/升。
3.如权利要求1所述的一种具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂的制备方法，其特征在于：是在60～80℃条件下烘干。
4.一种具有孪晶结构的赤铁矿光催化剂，其特征在于：是由权利要求1～3任何一项所述的方法制备得到。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113578371B (zh) * 2021-09-08 2023-06-16 徐州润锋新材料有限公司 一种纳米多孔赤铁矿催化剂及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1427042A (zh) * 2001-12-17 2003-07-02 暨南大学 纳米氧化铁粉体的制造方法
CN101579623A (zh) * 2009-04-02 2009-11-18 天津海驰化工科技有限公司 水处理用负载型金属化合物催化剂的制备方法
CN102674478A (zh) * 2012-06-04 2012-09-19 复旦大学 一种基于微波技术的Fe3O4磁性纳米晶团簇的制备方法
CN103043726A (zh) * 2012-12-03 2013-04-17 云南云天化股份有限公司 椭球形粒径可控α-Fe2O3纳米颗粒的制备方法
CN104003448A (zh) * 2014-05-20 2014-08-27 江苏大学 一种α相三氧化二铁多孔核壳微球及其可控合成制备方法
CN104016416A (zh) * 2014-06-17 2014-09-03 南京大学 聚丙烯酸盐纳米α-Fe2O3的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1427042A (zh) * 2001-12-17 2003-07-02 暨南大学 纳米氧化铁粉体的制造方法
CN101579623A (zh) * 2009-04-02 2009-11-18 天津海驰化工科技有限公司 水处理用负载型金属化合物催化剂的制备方法
CN102674478A (zh) * 2012-06-04 2012-09-19 复旦大学 一种基于微波技术的Fe3O4磁性纳米晶团簇的制备方法
CN103043726A (zh) * 2012-12-03 2013-04-17 云南云天化股份有限公司 椭球形粒径可控α-Fe2O3纳米颗粒的制备方法
CN104003448A (zh) * 2014-05-20 2014-08-27 江苏大学 一种α相三氧化二铁多孔核壳微球及其可控合成制备方法
CN104016416A (zh) * 2014-06-17 2014-09-03 南京大学 聚丙烯酸盐纳米α-Fe2O3的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Polyelectrolyte Controlled Large-Scale Synthesis of Hollow Silica Spheres with Tunable Sizes and Wall Thicknesses;Yong Wan et al.;《J. Phys. Chem. C》;20080221;第112卷;摘要，第2.1部分 *
Synthesis of magnetic α-Fe2O3 and Fe3O4 hollow nanospheres for sustained release of ibuprofen;Manickam Sasidharan et al.;《Materials Letters》;20111220;第73卷;摘要，第2.1部分 *

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