[发明专利]一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和应用，以Bi₂O₃、TiO₂、Nb₂O₅为原料，以NaCl、KCl为熔盐混合后进行球磨，将球磨后所得的粉体干燥后通过熔盐反应，得到的产物经洗涤干燥后得到高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂Bi₃TiNbO₉，并成功应用于压电催化降解罗丹明B。本发明制备得到纯度高、结晶性好、高暴露{001}晶面纳米片，高活性暴露面有利于提高光生电荷的传输与分离，提高Bi₃TiNbO₉的压电催化性能，且制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，具体涉及一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和压电催化降解有机染料罗丹明B中的应用。

背景技术

随着现代工业的飞速发展，工业废水排放对水体的污染问题正日趋严重，尤其是我国的工业废水排放行业集中，且均属于水污染较重的行业，造纸、冶金、皮革、制药、纺织等行业废水中均含有多种成分水污染物。其中，有色染料占比较大，而罗丹明B是一种应用广泛的有机染料，对其进行有效处理和降解仍是有待解决的问题之一。

目前对有机染料的处理技术主要物理吸附、化学氧化、生物分级等。与现有技术相比较，压电催化技术能够利用压电材料在声波的驱动下生成电子和空穴以及活性自由基，有效完成水裂解和有机物降解等，具有操作条件温和、无毒、无害、经济、高效、不易造成无二次污染等优点。这种技术能够充分利用自然界中广泛存在的机械振动例如声音、水波等，实现能源的转化。同时压电催化技术克服了光催化技术容易受到太阳光的照射受天气和白昼限制等缺点，有望成为未来实现有机染料的高效绿色降解的新技术。

与目前已报到的ZnO、BaTiO₃等压电催化材料相比，钛铌酸铋(Bi₃TiNbO₉)属于奥里维斯系中一种铋层状铁电材料，其典型的铋层状结构及铁电内建电场被证明能够有效驱动催化反应的进行。此外，由于具有其疲劳特性好，漏电流小，居里温度较高、低介电常数、高电阻率、低烧结温度等性能，Bi₃TiNbO₉也常被用作高温压电材料。综合考虑以上两点，Bi₃TiNbO₉有望在压电催化领域展现极强的应用前景。

目前，研究者已经通过固相反应法、溶胶凝胶法等方法制备出不同形貌、不同颗粒大小的Bi₃TiNbO₉样品。有研究表明对于典型的铋层状结构，其{001}晶面为活性面，因此获得高暴露{001}晶面的Bi₃TiNbO₉纳米片是进一步提高催化效率的有效途径。目前制备暴露特定晶面的Bi₃TiNbO₉纳米片所采用的两步熔盐法，需要使用硝酸、浓氨水等危险药品制备前驱体，制备过程存在危险因素，并且步骤繁琐，不适宜大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和应用。本发明制备得到纯度高、结晶性好、高暴露{001}晶面纳米片，高活性暴露面有利于提高光生电荷的传输与分离，从而提高Bi₃TiNbO₉的压电催化性能，并成功应用于降解有机染料罗丹明B，且制备工艺简单。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：