本发明专利技术涉及一种Ｐ１２３辅助溶胶凝胶法合成多孔ＢｉＦｅＯ３纳米微晶的方法，属无机非金属材料及半导体光催化材料制备工艺技术领域。本发明专利技术的要点是：以金属硝酸盐即九水合硝酸铁和五水合硝酸铋为原料，以Ｐ１２３为表面活性剂及造孔剂，采用溶胶凝胶法，并在４００－６００℃高温下烧结，最终制得多孔ＢｉＦｅＯ３微晶。该多孔ＢｉＦｅＯ３微晶是有较大的比表面积以及较高的光催化性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及--种P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFeO3纳米微晶的方法,属无机 非金属材料及半导体光催化材料制备工艺
技术介绍
BiFeO3是一种钙钛矿结构的材料。由于其三方扭曲的赝立方晶体结构,该材料显 示出铁电性和铁磁性。以往BiFeO3的研究主要集中在其多铁性方向，最近该材料在半导体 光催化领域的应用潜力得到人们的关注，成为新的研究热点。光催化技术是指利用半导体氧化物材料在光照下产生具有还原氧化能力的光生 电子空穴对,利用光能有效的光解水、氧化分解有机物、和还原重金属离子等。该技术可将 污染物深度降解为C02、H2O和无机离子，并且无二次污染，是一种具有广阔前景的绿色环境 治理技术，受到学术界、政府部门及企业界的高度重视。钙钛矿BiFeO3晶体结构中的Fe3'是 光催化活性中心，Bi3+不仅起到稳定材料骨架作用，还可以影响B位铁离子的价态，从而影 响光催化性能。BiFeO3作为光催化材料的突出优势是禁带宽度为2. 18eV,可以实现可见光 响应。这大大弥补了当今常用光催化材料TiO2R能紫外响应的不足，因为近地太阳光能量 大部分集中在可见光谱段，TiO2应用主要依靠人工紫外光源，成本高，耗能大，影响了该材 料的应用与推广。BiFeO3微晶光催化降解有机污染物的报道并不多。2006年南京大学的高峰等人 用溶胶凝胶法制备出粒径为80 120nm的球状BiFeO3纳米颗粒，显示出可见光催化活性， 但效率较低，采用高达约9g/L的催化剂量，用时16小时才将15mg/L的甲基橙溶液降解完 毕。2009年湖北大学刘志珂等人采用共沉淀法制备出粒径为150 200nm的BiFeO3纳米 颗粒，由于粒径较大,不具有可见光催化活性,仅在紫外光照射下有降解作用。以上说明光 催化剂降解有机污染物的活性受到其粒径、比表面积、纯度等影响，这些因素对合成工艺参 数非常敏感。较小的粒径,较大的比表面积以及高纯度的催化剂具有更高的活性。固相法 及共沉淀法合成的BiFeO3微晶在烧结过程中会不可避免地出现晶粒会长大而且容易产生 杂相。而传统的溶胶凝胶法由于采用较为昂贵的有机盐原料，并且在制备过程中挥发出大 量有毒物质，也与绿色节约环保理念不适应。本专利技术采用无机盐溶胶凝胶法，利用表面活性 剂Pluronic P123作为造孔剂改性,合成出了晶粒尺寸为30 60nm左右且具有孔道结构 的纯相BiFeO3微晶，大大提高了光催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以金属硝酸盐即九水合硝酸铁和五水合硝酸铋为原料， 以P123为表面活性剂,采用溶胶凝胶法获得纯相的、具有多孔形貌的BiFeO3纳米微晶的方 法。本专利技术是一种P123辅助溶胶凝胶法合成多孔BiFeO3纳米微晶的方法，其特征在 于具有以下的过程和步骤a.原料的配制使用分析纯的Fe (N03) 3 9H20和Bi (N03) 3 5H20作为原料，按照 Fe Bi摩尔比1 1称料后将两者混和，置于烧瓶中；b.溶胶的配制将分析纯乙二醇加入上述烧瓶作为溶剂以及络合剂，通过磁力搅 拌，使无机盐原料完全溶解,成为均匀的混合溶液；加入一定量分析纯冰醋酸作为稳定剂, 将上述溶液置于油浴装置中，在70°C恒温搅拌30分钟,此时要加冷凝回流装置，防止溶液 蒸发过快；加入一定量分析纯P123作为表面活性剂和造孔剂，继续70°C恒温搅拌2小时， 得到褐红色溶胶；c.凝胶的形成将上述褐红色溶胶倒入培养皿中，放入70°C烘箱内通风干燥2天， 使其充分老化，形成褐红色干凝胶；将所得干凝胶在研钵中充分研磨，得到黄色干凝胶粉；d.凝胶粉的烧结将上述千凝胶粉放入马弗炉进行烧结，控制升温速率为l°C / min,反应环境为空气或者保护气氛(如氮气，氧气)，烧结最高温度为40CTC 600°C，在最 高温度保温30分钟，随炉冷却至室温,可以得到一系列不同晶粒尺寸及形貌的烧结物；e.洗涤和干燥将上述烧结物用去离子水和乙醇进行洗涤,在80°C的烘箱内干 燥，即得到财？￡!03微晶。上述的P123为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯,其表达式为PE0-PP0-PE0。本专利技术的特点如下所述本专利技术采用改进的溶胶凝胶工艺,采用廉价的无机盐为 原料,并用P123作为表面活性剂以及造孔剂,在一定温度范围内烧结凝胶,得到比表面积 较大的多孔BiFe03微晶，极大的提高了其可见光催化活性。该专利技术中，P123 —方面作为表 面活性剂抑制烧结过程中晶粒长大；另一方面作为造孔剂,烧结后形成孔道结构,增加比表附图该附图说明图1为本专利技术中所得BiFe03晶体的X射线衍射(XRD)图( 图2为本专利技术中所得附 、03晶 图3为本专利技术中所得BiFeO:具体实施例方式现将本专利技术的具体实施例叙述于后。实施例本实施例中的制备过程和步骤如下(1)原料的配制称取4. 0400g分析纯Fe (N03) 3 9H20和4. 8507g分析纯 Bi(N03)3 5H20作为原料，将两者混和，置于150ml圆底烧瓶中；(2)溶胶的配制将20m:[分析纯乙二醇加入上述烧瓶作为溶剂以及络合剂,通过 磁力搅拌,使无机盐原料完全溶解,成为均匀的混合溶液；加入1ml分析纯冰醋酸作为稳定 剂，将上述溶液置于油浴装置中，在70°C恒温搅拌30分钟，此时要加冷凝回流装置，防止溶 液蒸发过快；加入1. 5000g分析纯P123作为表面活性剂和造孔剂,继续70°C恒温搅拌2小 时，得到褐红色溶胶；(3)凝胶的形成将上述红色溶胶倒入培养皿中，放入70°C烘箱内通风干燥2天, 使其充分老化，形成褐红色千凝胶；将所得千凝胶在研钵中充分研磨，得到黄色千凝胶粉；(4)凝胶粉的烧结将上述干凝胶粉放入马弗炉进行烧结，控制升温速率为1°C /min,反应环境为空气,烧结最高温度为450°C,保温30分钟，随炉冷却至室温,得到烧结物； (5)洗涤和千燥将上述烧结物用去离子水和乙醇进行反复洗涤3遍，在80Γ的烘 箱内干燥1天，即得到BiFeO3微晶。上述实施例所得的BiFeO3微晶进行表征和光催化性能测试,各项测试如下1、X射线衍射仪(XRD)检测检测结果见图1,图1为本专利技术中得到的纳米级别 BiFeO3微晶的X射线衍射(XRD)图。从图1中可看出，所制得的BiFeO3微晶，具有典型的 钙钛矿结构(属于R3c空间点群),P123的加入并未导致杂相的产生。2、多孔纳米BiFeO3微晶的比表面积测试以及孔特征测试检测结果见图2,图2为 本专利技术中得到的多孔纳米BiFeO3微晶的氮气吸附脱附曲线图。从图2中可以看出，450°C 烧结得到的BiFeO3微晶的氮气吸附脱附曲线有明显的滞后环，属于IV型，证明其确实具有 多孔性。根据曲线，通过公式计算得到所得样品的比表面积为11. 33m2g S而无孔道结构的 样品的比表面积仅为1. ISm2g-10说明Ρ123的加入既抑制了晶粒在烧结过程中的长大,又导 致孔道结构的产生,两者均可以增加BiFeO3微晶的比表面积。3、光催化性能测试测试结果见图3，图3为本专利技术中得到的多孔纳米财？劝3微晶 的光催化降解曲线。从图3中可看出，该晶体在可见光下表现出较高的光催化性。以IOmg/ L的甲基橙溶液为污染物,采用lg/L作为催化剂用量,用50本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以Ｐ１２３辅助溶胶凝胶法合成多孔ＢｉＦｅＯ３纳米微晶的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：ａ．原料的配制：使用分析纯的Ｆｅ（ＮＯ↓［３］）↓［３］.９Ｈ↓［２］Ｏ和Ｂｉ（ＮＯ↓［３］）↓［３］.５Ｈ↓［２］Ｏ作为原料，按照Ｆｅ∶Ｂｉ摩尔比１∶１称料后将两者混和，置于烧瓶中；ｂ．溶胶的配制：将分析纯乙二醇加入上述烧瓶作为溶剂以及络合剂，通过磁力搅拌，使无机盐原料完全溶解，成为均匀的混合溶液；加入一定量分析纯冰醋酸作为稳定剂，将上述溶液置于油浴装置中，在７０℃恒温搅拌３０分钟，此时要加冷凝回流装置，防止溶液蒸发过快；加入一定量分析纯Ｐ１２３作为表面活性剂和造孔剂，继续７０℃恒温搅拌２小时，得到褐红色溶胶；ｃ．凝胶的形成：将上述褐红色溶胶倒入培养皿中，放入７０℃烘箱内通风干燥２天，使其充分老化，形成褐红色干凝胶；将所得干凝胶在研钵中充分研磨，得到黄色干凝胶粉；ｄ．凝胶粉的烧结：将上述干凝胶粉放入马弗炉进行烧结，控制升温速率为１℃／ｍｉｎ，反应环境为空气或者保护气氛（如氮气，氧气），烧结最高温度为４００℃～６００℃，在最高温度保温３０分钟，随炉冷却至室温，得到一系列不同晶粒尺寸及形貌的烧结物；ｅ．洗涤和干燥：将上述烧结物用去离子水和乙醇进行洗涤，在８０℃的烘箱内干燥，即得到ＢｉＦｅＯ↓［３］微晶。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程晋荣，宋居岳，李建民，俞圣雯，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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