[发明专利]一种多孔纳米BiFeO3的制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔纳米BiFeO₃的制备方法，该方法将铁盐、铋盐、酸与去离子水混合后，搅拌溶解得到铁盐、铋盐和酸的混合溶液，将碱与去离子水混合，搅拌溶解得到碱溶液；搅拌下将铁盐、铋盐和酸的混合溶液滴加入碱溶液中反应，反应产物经洗涤和离心分离得到BiFeO₃溶胶；BiFeO₃溶胶与去离子水混合后，经超声分散，再加入有机溶剂和可升华的化合物模板，通过水‑有机溶剂混合溶剂热法反应，产物经蒸馏除去混合溶剂后，再经焙烧、冷却、研磨、洗涤、过滤、干燥和研磨工艺过程，即得到多孔纳米BiFeO₃粉末。该方法工艺简单易行，投资小，有利于推广应用。

技术领域

本发明涉及一种多孔纳米BiFeO₃的制备方法，属于光催化材料领域。

背景技术

随着工业化进程的加快，能源危机和环境危机日益严重，可再生新能源的开发备受关注。太阳能作为一种清洁能源，是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、全球各国均能够自由和平利用的能源，也是各种可再生能源如生物质能、风能、海洋能、水能等其它能源之本。各国政府都十分重视可再生能源的开发，可再生能源是各国大力投资的热点研究领域。

光催化剂是一类开发利用太阳能必备的半导体材料。目前，已被科学家们研究的半导体光催化剂种类繁多，如TiO₂、CdS、SrTiO₃、RuO₂、ZnO和Fe₂O₃等。BiFeO₃作为一种半导体光催化剂，具有稳定性好、难溶、环境友好、带隙窄、资源丰富和应用成本低等特点，尤其是与其它半导体复合时，可有效提高光催化活性，是应用前景看好的光催化剂之一。

材料的结构与性能密切相关，结构决定性能，材料结构的可控制备是材料科学领域的热点研究方向，是制备高性能材料的重要手段。目前关于纳米材料可控制备方法的研究报道很多。自1987年Penner等人提出了纳米材料的模板合成方法以来，模板法因具有工艺简单、操作方便、能耗低等优点，受到了广泛的关注。利用模板法，通过改变模板的直径和其它工艺参数可以获得形状和大小可控的纳米材料。目前已经用于纳米晶、纳米薄膜、半导体、纳米管和纳米线等材料的制备，在纳米材料制备领域具有重要的地位，成为制备高性能纳米材料的重要手段。

BiFeO₃纳米化和多孔化是提高BiFeO₃光催化效率的有效方法之一。制备多孔纳米BiFeO₃可采用模板法，模板主要有微乳液模板、乳液模板、离子型表面活性剂模板、非离子型表面活性剂模板、嵌段共聚物模板、组合物模板(如聚氧乙烯十二烷基醚和聚乙二醇)和单分散聚合物颗粒模板等。通过溶胶凝胶反应，BiFeO₃溶胶以次价键与模板作用形成骨架结构，然后采取溶剂萃取法或高温焙烧法除去模板，从而得到与模板尺寸相当的孔穴。但是，使用上述传统的模板制备多孔纳米BiFeO₃时，无论是采用焙烧法还是萃取法除去模板都存在严重缺陷。焙烧法除去模板时，由于要除尽模板的温度高，会造成孔道的坍塌，使制成的多孔纳米BiFeO₃半导体光催化剂表面缺陷太多，成为电子-空穴的复合中心，降低光催化效率。萃取法则难以彻底除尽模板，使得多孔纳米BiFeO₃半导体光催化剂的纯度降低，导致光催化性能下降。因此，如何制备孔道无坍塌、表面无缺陷、模板无残留和高比表面积的多孔纳米BiFeO₃半导体光催化剂是一个重要课题。