本發(fā)明屬于壓電催化材料制備，具體為一種bi25feo40壓電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、光催化劑可以利用太陽(yáng)能產(chǎn)生的光生電荷，形成的活性自由基啟動(dòng)催化反應(yīng)，可以治理環(huán)境污染。但光催化反應(yīng)只能在白天陽(yáng)光充足的地區(qū)進(jìn)行，不能在黑暗中進(jìn)行。具有儲(chǔ)能特性、較強(qiáng)極化電場(chǎng)強(qiáng)度以及含有變價(jià)離子和氧空位等缺陷的壓電催化劑，可以利用機(jī)械力在黑暗條件下釋放儲(chǔ)存的電子和空穴并產(chǎn)生壓電電荷，有望實(shí)現(xiàn)高效的暗催化反應(yīng)。

2、bi25feo40作為一種常見(jiàn)鐵酸鉍基催化劑，其結(jié)構(gòu)中fe原子特殊的自旋特性導(dǎo)致其具有弱壓電效應(yīng)。但弱的極化電場(chǎng)強(qiáng)度，使自身儲(chǔ)存電荷濃度低和產(chǎn)生的壓電電荷少，從而表現(xiàn)出較弱的暗催化性能。中國(guó)專利cn111185184b公開(kāi)了鉍源和鐵源溶解在乙二醇中，隨后通過(guò)koh進(jìn)行滴定，利用水熱法制備得到了具有可見(jiàn)光降解亞甲基藍(lán)等水污染物性能的bi25feo40，因乙二醇均勻絡(luò)合作用導(dǎo)致其沒(méi)有在黑暗條件下的降解亞甲基藍(lán)水污染物的能力。文獻(xiàn)(chemical?engineering?journal?429?(2022)?132130)公開(kāi)了以硝酸為溶劑，koh為礦化劑，水熱法制備得到了4?μm立方結(jié)構(gòu)的bi25feo40，在可見(jiàn)光下對(duì)四環(huán)素進(jìn)行降解，但硝酸阻止了硝酸鹽的水解，無(wú)法形成變價(jià)離子導(dǎo)致其沒(méi)有黑暗條件下的降解能力。中國(guó)專利cn?110975874ba公開(kāi)了將鉍源和鐵源溶于水中，然后將其滴加至含有表面活性劑的乙醇中，并逐滴加入koh溶液，經(jīng)水熱反應(yīng)制備得到含有fe3+/fe2+一種變價(jià)離子的納米顆粒組裝的棒狀bi25feo40，具有可見(jiàn)光-芬頓降解四環(huán)素性能，但在黑暗條件下降解性能較弱。中國(guó)專利cn102101700b和cn102091632a報(bào)道了以乙二醇為溶劑，待鐵源和鉍源溶解后得到母鹽溶液，經(jīng)氨水滴定、洗滌和陳化得到前驅(qū)物，微波水熱法分別制備得到了大約10?μm大小的多孔立方狀結(jié)構(gòu)的bi25feo40-bifeo3粉體以及10?nm左右片狀結(jié)構(gòu)的bi25feo40粉體，因乙二醇均勻絡(luò)合作用導(dǎo)致其沒(méi)有變價(jià)離子或氧空位等缺陷產(chǎn)生，導(dǎo)致其無(wú)法在黑暗條件下降解污染物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種bi25feo40壓電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，所述制備方法得到的bi25feo40壓電催化劑具有增強(qiáng)壓電極化特性，在黑暗條件下具有較強(qiáng)的降解污染物的能力。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種bi25feo40壓電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟1：將鉍源和鐵源以1:1的摩爾比，溶于乙二醇中，然后加入水，形成前驅(qū)液；

5、步驟2：在攪拌作用下，通過(guò)nh3·h2o調(diào)整前驅(qū)液的ph值至9-11，析出沉淀，將沉淀物依次進(jìn)行洗滌、干燥；

6、步驟3：將沉淀物與naoh溶液混合，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后，依次經(jīng)過(guò)洗滌、干燥，得到bi25feo40壓電催化劑。

7、優(yōu)選的，步驟1中，所述鐵源為fe(no3)3·6h2o或fecl3·6h2o。

8、優(yōu)選的，步驟1中，所述鉍源為bi(no3)3·5h2o或bicl3·6h2o。

9、優(yōu)選的，步驟1中，鐵源和鉍源在乙二醇中的總濃度為0.04-0.4?mol/l。

10、優(yōu)選的，步驟1中，乙二醇與水的體積比為50：（40-90）。

11、優(yōu)選的，步驟3中，加入的naoh溶液的濃度為6-10?mol/l。

12、優(yōu)選的，步驟3中，水熱反應(yīng)溫度為120-160?℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為?8-20?h。

13、本發(fā)明提供采用所述的制備方法得到的bi25feo40壓電催化劑，所述bi25feo40壓電催化劑具有軟鉍礦結(jié)構(gòu)，立方晶系，123空間群，微觀形貌由正方形納米片和納米粒子組成。

14、本發(fā)明提供所述的bi25feo40壓電催化劑在催化降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

15、優(yōu)選的，所述催化降解有機(jī)污染物在黑暗條件下進(jìn)行。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

17、本發(fā)明將鐵源和鉍源溶解絡(luò)合在乙二醇中，加入一定量的水，使部分乙二醇被水解產(chǎn)生乙醛和乙醇，溶液中形成bi3+和fe3+與乙二醇絡(luò)合及bi3+和fe3+與乙醇絡(luò)合兩種體系，兩種絡(luò)合體系聚合形成不均勻的配位體系，水熱結(jié)晶形成bi3+和fe3+與乙二醇絡(luò)合體系正方形納米片結(jié)構(gòu)和bi3+和fe3+與乙醇絡(luò)合納米粒子結(jié)構(gòu)，因不均勻的配位體系導(dǎo)致結(jié)晶過(guò)程的速率不同，形成包含bi3+/bi5+、fe2+/fe3+變價(jià)離子和氧空位的bi25feo40，使得bi25feo40儲(chǔ)存電子和空穴，電子和空穴共存導(dǎo)致其形成極化電場(chǎng)。本發(fā)明利用因不均勻的配位體系導(dǎo)致結(jié)晶過(guò)程的速率不同使本發(fā)明制備的bi25feo40具有強(qiáng)壓電特性，可以在黑暗條件下受到機(jī)械應(yīng)力作用釋放儲(chǔ)存的電子和空穴對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行降解礦化。

技術(shù)特征：

1.一種bi25feo40壓電催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的bi25feo40壓電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述鐵源為fe(no3)3·6h2o或fecl3·6h2o。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的bi25feo40壓電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述鉍源為bi(no3)3·5h2o或bicl3·6h2o。

4.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的bi25feo40壓電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1中，鐵源和鉍源在乙二醇中的總濃度為0.04-0.4?mol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的bi25feo40壓電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1中，乙二醇與水的體積比為50：（40-90）。

6.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的bi25feo40壓電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟3中，加入的naoh溶液的濃度為6-10?mol/l。

7.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的bi25feo40壓電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟3中，水熱反應(yīng)溫度為120-160?℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為?8-20?h。

8.采用權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的制備方法得到的bi25feo40壓電催化劑，其特征在于，所述bi25feo40壓電催化劑具有軟鉍礦結(jié)構(gòu)，立方晶系，123空間群，微觀形貌由正方形納米片和納米粒子組成。

9.權(quán)利要求8所述的bi25feo40壓電催化劑在催化降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述催化降解有機(jī)污染物在黑暗條件下進(jìn)行。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種Bi25FeO40壓電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，所述制備方法，包括以下步驟：步驟1：將鉍源和鐵源以1:1的摩爾比，溶于乙二醇中，然后加入水，形成前驅(qū)液；步驟2：在攪拌作用下，通過(guò)NH3·H2O調(diào)整前驅(qū)液的pH值至9?11，析出沉淀，將沉淀物依次進(jìn)行洗滌、干燥；步驟3：將沉淀物與NaOH溶液混合，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后，依次經(jīng)過(guò)洗滌、干燥，得到Bi25FeO40壓電催化劑。所述制備方法得到的Bi25FeO40壓電催化劑具有增強(qiáng)壓電極化特性，在黑暗條件下具有較強(qiáng)的降解污染物的能力。

技術(shù)研發(fā)人員：談國(guó)強(qiáng),吳雄濤,郭林鑫,張碧鑫,樊思哲,曾春燕,楊迪,任慧君,劉文龍,夏傲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30