[发明专利]一种用于光解水的Sn掺杂BiFeO3多孔纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于BiFeO₃纳米材料制备技术及其光催化分解水领域，特别是一种用于光解水的Sn掺杂BiFeO₃多孔纳米线的制备方法。

背景技术

铁酸铋(BiFeO₃)作为一种多铁性材料，近年来受到了材料科学及凝聚态物理学等领域的极大关注，在信息存储，自旋电子学和传感器等领域有着重要应用。由于BiFeO₃的带隙宽度约为2.2eV,因此它也成为了一种重要的可见光激发光催化剂。

目前报道的BiFeO₃的合成方式较为多样，如化学沉淀法，模板法，水热法，磁控溅射法等等。英国皇家化学会出版的《化学通信》杂志(2014年，50卷13849页)报道了利用Bi的普鲁士蓝类似物(Bi[Fe(CN)₆]·4H₂O)纳米片作为前驱体，经可控的煅烧方式对其处理得到BiFeO₃多孔单晶。但因前驱体的影响，导致合成的BiFeO₃都在5μm左右，尺寸较大，影响了其在水中的分散性能，进而有可能影响其光催化性能，所以并不是理想的BiFeO₃光催化剂的合成方式。而英国皇家化学会出版的《化学通信》(2013年，49卷5856页)和《材料化学A杂志》分别报道了通过多孔CMK-3碳模板和水热方法合成的多孔BiFeO₃和BiFeO₃纳米线，分别在利用NaBH₄还原和激光消融金靶的方法得到的Au纳米颗粒的修饰下，光催化产氧性能有了极大提高。利用Au纳米颗粒作为助催化剂，确实是一种有效提高光催化性能的方法。但贵金属因为自然界含量少，成本高，无法大规模应用，限制了相应光催化剂的发展。

目前，离子掺杂是改进BiFeO₃材料性能或其他光催化剂性能的重要方法。较多的文章报道了利用Sn或La等稀土元素对BiFeO₃材料进行掺杂修饰，进而有效改善了BiFeO₃材料的储能或铁磁性能。英国皇家化学会出版的《材料化学A杂志》(2015年，3卷3748页)报道了Ti³⁺对TiO₂进行自掺杂，提高了TiO₂光催化性能。《应用催化B：环境》(2017年202卷127页)报道了Mg掺杂的TiO₂中空球，在TiO₂原有的制氢性能基础上，激发出其产氧的光催化全分解水性能。因此，对光催化剂进行更好的离子掺杂设计，成为现在提高光催化性能的一条重要研究方向。同时，合成过程简单，易控制，产品均匀性高，重复性好，并且具有优异的光催化产氧性能一维Sn掺杂BiFeO₃多孔纳米线还未报道。

发明内容

本发明针对BiFeO₃合成尺寸和均匀性以及其离子有效掺杂的问题，提供了一种合成过程简单，易控制，产品均匀性高的用于光解水的Sn掺杂BiFeO₃多孔纳米线的制备方法。

本发明的技术方案是通过如下方式实现的：一种用于光解水的Sn掺杂BiFeO₃多孔纳米线的制备方法，采用静电纺丝方法，将过渡金属盐硝酸铋(Bi(NO₃)₃)、硝酸铁(Fe(NO₃)₃)、氯化锡(SnCl₄)、高分子聚合物聚丙烯腈(PAN)和溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)结合形成电纺丝，然后在空气中煅烧，得到尺寸均匀的一维Sn掺杂BiFeO₃多孔纳米线。

在所述的一种制备一维Sn掺杂BiFeO₃多孔纳米线的方法中，制备一维Sn掺杂BiFeO₃多孔纳米线的方法包括以下步骤：

⑴一维Sn掺杂BiFeO₃多孔纳米线电纺丝前驱体的制备