一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用技术

一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用，属于Bi基薄膜光催化材料研发、太阳能光催化剂固定化技术、有机污染物处理、光解水制氢领域，可解决现有薄膜固定化技术复杂或能耗较高的问题，以Bi板为阳极，石墨为阴极，氟化铵浓度为1.5%～4.8%的不同体积比乙二醇和蒸馏水的混合溶液作电解质，通过电化学方法，常温恒电压下在Bi板上原位生长制备了BiOF薄膜，形成一种简易可行的Bi基催化剂薄膜固定化技术。本发明专利技术应用于双酚A的降解以及光催化分解水制氢，过程环保、工艺简单、易于操作、重复性强和周期短。

Electrochemical preparation of a thin film of bismuth fluoride and its application

Electrochemical preparation and application method of fluorine bismuth oxide films, which belongs to the research and development, Bi based thin film solar photocatalytic material photocatalyst immobilization technology, organic pollutants, water splitting field, can solve the existing film immobilized complex technology or the problem of high energy consumption, with Bi plate as anode and graphite as cathode, fluoride the concentration of ammonium for different volume 1.5% to 4.8% than the mixed solution of ethylene glycol and distilled water as electrolyte by electrochemical method, BiOF films were prepared at room temperature under constant voltage in situ on board the Bi growth, the formation of a simple Bi based catalyst film immobilization technology. The invention is applied to the degradation of bisphenol A and the photocatalytic decomposition of water for hydrogen production. The process is environmentally friendly, simple in process, easy to operate, strong in reproducibility and short in cycle.

【技术实现步骤摘要】
一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用
本专利技术属于Bi基薄膜光催化材料研发、太阳能光催化剂固定化技术、有机污染物处理、光解水制氢领域，具体涉及一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用。
技术介绍
20世纪90年代以来，环境污染的控制和治理成为人类社会面临和亟待解决的重大问题之一。太阳能光催化氧化技术是一种利用可再生清洁资源太阳能处理有机污染物的新型技术，此技术因其能源便利、反应简单、深度矿化和无二次污染等优点而备受广泛关注。新型高效光催化材料的研发与固定化是实现太阳能光催化氧化技术工业化的关键问题之一。研究发现，BiOF作为一种直接带隙半导体，属于PbFCl型四方晶系结构，其双F-离子层和[Bi2O2]2+层交替排列构成的层状结构，加之F元素较高的电负性可产生电子诱导效应，进而有利于促使电子与空穴对有效的分离，且简单水浴沉淀法即可得到具有优异光催化性能的纳米BiOF粉体催化剂，故此种催化剂成为Bi基光催化材料的新星（Mater.Let.201(2017)35-38）。粉体光催化剂具有比表面积大，催化活性好等优点，但是在实际应用方面存在固有的劣势，如易团聚、分散性差、固液分离难且不易回收循环利用等缺陷，故而近几年来研究者普遍采用负载技术和薄膜固定化解决上述问题。但现有薄膜固定化技术复杂或能耗较高而且针对BiOF的薄膜固定化制备技术却至今未曾报道。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有薄膜固定化技术复杂或能耗较高的问题，提供一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法及其应用。本专利技术采用如下技术方案：一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法，包括如下步骤：第一步，配制电解质溶液：按体积比为1:20-20:1的比例分别量取乙二醇和蒸馏水，配置为100-300mL的混合溶液A，称取1.5-10gNH4F加入到上述混合溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，配置成氟化铵浓度为1.5%～4.8%的溶液B；第二步，打磨Bi板，采用磨砂纸打磨Bi板至光滑，并分别用乙醇和水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；第三步，制备BiOF薄膜，将第二步的Bi板作阳极，石墨作阴极，阴阳电极距离为2～8cm，溶液B作为电解质溶液，在60～80V电压下沉积0.5～3h后，将Bi板取出自然晾干，即得BiOF薄膜。所述Bi板的尺寸为4cm×1.5cm×0.5cm。所述磨砂纸为400目的磨砂纸。一种氟氧铋薄膜应用于双酚A的降解以及光催化分解水制氢。本专利技术以Bi板为阳极，石墨为阴极，氟化铵浓度为1.5%～4.8%的不同体积比乙二醇和蒸馏水的混合溶液作电解质，通过电化学方法，常温恒电压下在Bi板上原位生长制备了BiOF薄膜，形成一种简易可行的Bi基催化剂薄膜固定化技术。其目的在于通过简单的操作，在Bi板上原位生长具有优异太阳能光催化性能的BiOF薄膜，从而达到样品易重复之目的，进而实现易于工业化的新型光催化薄膜和固定化技术，并推广应用于其他Bi基薄膜材料的制备，为推进太阳能光催化氧化技术的实际应用奠定良好基础。常温常压下，所制备的BiOF薄膜在不同光源照射下可有效矿化双酚A、苯酚等有机污染物（初始浓度为10mg/L）以及光催化分解水制氢。所述的不同光源为紫外光、可见光、模拟太阳光的任一种光源。本专利技术的有益效果如下：1.电化学方法过程环保、工艺简单、易于操作、重复性强和周期短；2.Bi板原位生长制备BiOF薄膜，从物质基础属性出发制备薄膜样品，其与基体为化学结合，所以其与基体结合了强、分散均匀、不易脱落，用拉伸法测得的本专利技术制得的BiOF薄膜与基底结合力为15～35MPa，比常规方法制得的薄膜与基体的结合力提高了30%～60%；3.Bi板既为原料又作电极，避免了其他固定化催化剂多带来的繁琐工序；4.该电化学制备技术可推广至其他Bi基薄膜材料的应用。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的BiOF薄膜光催化材料的XRD图谱。具体实施方式实施例1，第一步，配置300mL体积比为20:1乙二醇和蒸馏水的混合溶液A，称取6.336g分析纯NH4F加入到溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，作为溶液B；第二步，采用400目大小的磨砂纸将4cm×1.5cm×0.5cm的Bi板打磨光滑，用无水乙醇和蒸馏水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；第三步，将第二步的Bi板作阳极，石墨作阴极，阴阳电极距离为5cm，溶液B作为电解质，在70V电压下沉积1h后，将Bi板取出自然晾干，即得BiOF薄膜，记为BiOF-1。实施例2，第一步，配置100mL容量比为1:20乙二醇和蒸馏水的混合溶液A，称取1.5g分析纯NH4F加入到溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，作为溶液B；第二步，采用400目大小的磨砂纸将4cm×1.5cm×0.5cm的Bi板打磨光滑，用无水乙醇和蒸馏水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；第三步，将第二步的Bi板作阳极，石墨作阴极，阴阳电极距离为8cm，溶液B作为电解质，在60V电压下沉积3h后，将Bi板取出自然晾干，即得BiOF薄膜，记为BiOF-2。实施例3，第一步，配置200mL容量比为15:1乙二醇和蒸馏水的混合溶液A，称取10.000g分析纯NH4F加入到溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，作为溶液B；第二步，采用400目大小的磨砂纸将4cm×1.5cm×0.5cm的Bi板打磨光滑，用无水乙醇和蒸馏水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；第三步，将第二步的Bi板作阳极，石墨作阴极，阴阳电极距离为2cm，溶液B作为电解质，在80V电压下沉积0.5h后，将Bi板取出自然晾干，即得BiOF薄膜，记为BiOF-3。氟氧铋薄膜应用于双酚A的降解。准确称取10mg的双酚A，将其放入盛有900mL蒸馏水的1000mL定量容量瓶中使其充分溶解，加蒸馏水至1000mL，制得10mg/L的待降解液，放置24h待用；用移液管准确移取100mL10mg/L的待降解液放入分别固定好BiOF-1、BiOF-2、BiOF-3薄膜样品的光催化反应装置，室温下在避光条件下吸附1h，以期达到吸附平衡，然后打开模拟太阳光灯，进行光催化降解实验，每隔1h取样一次，利用紫外-可见分光光度法对溶液中的染料浓度进行分析并计算其降解率，见表1所示。表1双酚A的降解率从表1中看出，随着时间的延长，氟氧铋薄膜对双酚A的降解率高达98.2%。氟氧铋薄膜应用于光催化分解水制氢。配置80mL20%的甲醇溶液置于特制的石英光催化反应器中，加入所制的BiOF-1、BiOF-2、BiOF-3薄膜样品，通N230min后密封，在磁力搅拌和水浴控温下，使用500W，光强为110mW/cm3的氙灯连续光照3h，每30min从反应瓶中采集3mL气体样品进行H2含量的定量分析，BiOF-1、BiOF-2、BiOF-3薄膜样品最终的产氢速率分别为89.2、75.5、69.4μmol·h-1·gcat-1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，配制电解质溶液：按体积比为1:20‑20:1的比例分别量取乙二醇和蒸馏水，配置为100‑300mL的混合溶液A，称取1.5‑10g NH4F加入到上述混合溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，配置成氟化铵浓度为1.5%～4.8%的溶液B；第二步，打磨Bi板，采用磨砂纸打磨Bi板至光滑，并分别用乙醇和水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；第三步，制备BiOF薄膜，将第二步的Bi板作阳极，石墨作阴极，阴阳电极距离为2～8 cm，溶液B作为电解质溶液，在60～80 V电压下沉积0.5～3 h后，将Bi板取出自然晾干，即得BiOF薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种氟氧铋薄膜的电化学制备方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，配制电解质溶液：按体积比为1:20-20:1的比例分别量取乙二醇和蒸馏水，配置为100-300mL的混合溶液A，称取1.5-10gNH4F加入到上述混合溶液A中，充分搅拌使其完全溶解，配置成氟化铵浓度为1.5%～4.8%的溶液B；第二步，打磨Bi板，采用磨砂纸打磨Bi板至光滑，并分别用乙醇和水将打磨后的Bi板冲洗干净，待用；第三步，制备BiOF薄膜，将第二步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小超，张长明，刘建新，赵祖，李瑞，王韵芳，王雅文，樊彩梅，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14