钛酸铋B位铌元素掺杂光/压电催化材料的制备方法与应用技术

技术编号：40418262 阅读：7 留言：0更新日期：2024-02-20 22:36

本发明专利技术提供了一种层状铋系铁电钛酸铋B位铌元素掺杂光/压电催化材料的制备方法与应用，利用溶剂热法控制Nb元素的加入量，得到不同组分含量的Bi<subgt;4</subgt;Ti<subgt;(3‑x)</subgt;Nb<subgt;x</subgt;O<subgt;12</subgt;光/压电催化材料。该制备方法操作简便，反应过程中掺杂比例可控，制得的Bi<subgt;4</subgt;Ti<subgt;(3‑x)</subgt;Nb<subgt;x</subgt;O<subgt;12</subgt;材料具有优异的催化活性，可较好的应用于光/压电催化领域，如光/压电催化将CO<subgt;2</subgt;还原为含碳燃料、裂解水得到氢气和氧气、光/压电催化产双氧水、降解水中各类污染物等。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料学，更具体地，涉及一种层状铋系铁电钛酸铋b位铌元素掺杂光/压电催化材料的制备方法与应用。

技术介绍

1、近年来，全球变暖、环境污染和能源短缺等问题日趋严重，已经严重阻碍了人类社会的可持续发展，亟需开发绿色环保的技术手段从根本上解决问题。半导体材料光催化技术被报道是一种绿色环保的技术手段，已广泛应用于二氧化碳还原中，但仍存在着光生载流子复合率高、产物产率低等问题。同时，压电催化作为一种新型的催化技术，通过机械应力产生的压电势可以有效地抑制光生载流子复合，从而可以进一步提升光催化性能。在众多半导体光/压电催化材料中，铋系层状材料因具有较大的比表面积、强的氧化还原能力、高稳定性等特点而表现出巨大的潜力。其中，钛酸铋（bi4ti3o12）材料中显示出较宽的带隙（2.7～3.1 ev），其光生载流子难以激发，较低的载流子迁移效率和较高的复合效率极大地限制了其催化能力。因此，有必要对bi4ti3o12进行改性，以进一步提高其光/压电催化性能。

2、研究表明，铁电钛酸铋材料b位掺杂可以提升材料的极性。例如fe3+、v5+、w6+等元素b位掺杂铁电bi4ti3o12后可以进一步提高材料的催化活性。nb5+对bi4ti3o12进行b位掺杂是否会提升材料的极性，进而提高其光/压电催化活性并不清楚。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种层状铋系铁电钛酸铋b位铌元素掺杂光/压电催化材料的制备方法与应用。

2、本专利技术采用以下技术方案：

3、

4、（1）将铋源加入到浓度为4 mol/l碱溶液中搅拌均匀，然后加入nb2o5和钛源，继续搅拌；

5、（2）将步骤（1）处理后得到的混合液加热至180~220℃下进行水热反应20~30 h，反应完成后将反应所得产物洗涤烘干即为铁电bi4ti(3-x)nbxo12光/压电催化材料，x=0.03~0.45。

6、进一步地，所述铋源为五水合硝酸铋、硫酸铋、氯化铋或柠檬酸铋中的至少一种，优选为五水合硝酸铋。

7、进一步地，所述nb2o5的掺杂比例为1%-15%，优选为5%；以元素计，bi:ti:nb的摩尔比为400:297:3~400:255:45，优选地，bi:ti:nb的摩尔比为400:285:15。

8、进一步地，所述钛源为二氧化钛、钛酸四丁酯或四氯化钛中的至少一种，优选为二氧化钛。

9、进一步地，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种，优选为氢氧化钠。

10、进一步地，所述水热反应时间为24 h。

11、本专利技术的制备方法制备的铁电bi4ti(3-x)nbxo12催化材料应用于光/压电催化领域中，包括光/压电催化二氧化碳还原、光/压电催化裂解水得到氢气和氧气、光/压电催化产双氧水、光/压电催化降解水中各类污染物等。

12、本专利技术光/压电催化原理：对于b位掺杂nb元素的铁电bi4ti3o12 材料，nb5+替代ti4+会引起晶格畸变，提升材料宏观极性。在压力作用下，将会产生较强的压电电势，为光生载流子的定向迁移提供强有力的驱动力，

13、较多的电子能够迁移到催化剂的表面与co2发生还原反应，进而提升光/压电催化性能。

14、有益效果

15、1、本专利技术制备的铁电bi4ti(3-x)nbxo12催化材料具有优异的光/压电催化性能，尤其是在光/压电催化co2还原过程中具有较高的活性。

16、2、本专利技术通过溶剂热法合成的铁电bi4ti(3-x)nbxo12光/压电催化材料，制备方法操作简便，成本低廉，反应过程中掺杂比例可控，反应物活性位点丰富，具有较高的稳定性。

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【技术保护点】

1.一种层状铋系铁电钛酸铋B位铌元素掺杂光/压电催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铋源为五水合硝酸铋、硫酸铋、氯化铋、或柠檬酸铋中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铋源为五水合硝酸铋。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛源为二氧化钛、钛酸四丁酯、或四氯化钛中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛源为二氧化钛。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以元素计，Bi:Ti:Nb的摩尔比为400:297:3~400:255:45。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以元素计，Bi:Ti:Nb的摩尔比为400:285:15。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠；所述水热反应时间为24 h。

10.根据权

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【技术特征摘要】

1.一种层状铋系铁电钛酸铋b位铌元素掺杂光/压电催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铋源为五水合硝酸铋、硫酸铋、氯化铋、或柠檬酸铋中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铋源为五水合硝酸铋。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛源为二氧化钛、钛酸四丁酯、或四氯化钛中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛源为二氧化钛。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以元素计，bi:ti:nb的摩尔比为400:...

【专利技术属性】
技术研发人员：于洪鉴，王敏，张燕，卫新东，韩杰，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：

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