[发明专利]一种黑色Bi4Ti3O12光催化剂的制备方法

说明书

本发明属于化学材料制备技术领域，提供了一种黑色Bi₄Ti₃O₁₂光催化剂的制备方法。本发明通过固相法制备传统钛酸铋，再通过溶剂热法制备黑色Bi₄Ti₃O₁₂光催化剂。并通过光催化降解染料实验证明所制备黑色Bi₄Ti₃O₁₂由于有着很好的可见光吸收能力，具有良好的光催化活性，性能优于传统白色钛酸铋。本发明制备工艺简便，制备成本低，效率高，实用性强，易于进行大规模生产，具备良好的经济效益和环保效益。

技术领域

本发明属于化学材料制备技术领域，具体涉及一种通过固相法制备传统钛酸铋，再通过溶剂热法制备黑色Bi₄Ti₃O₁₂光催化剂的方法。

背景技术

光催化因在环境和能源方面的应用而广受人们的关注，但制约其实际应用的一个瓶颈因素是光子利用率。常用的光催化剂二氧化钛(TiO₂)为白色，通过在其表面或者体相进行Ti³⁺掺杂或制造氧空位，从而实现其光谱吸收范围的可控调节，制备出新型的黑色TiO₂可见光催化材料。Wei等(Chem.Eng.J.,2016,299,120)将钛酸四丁酯和尿素溶解在乙醇溶液中，通过溶胶-凝胶法制备前驱体粉末，再在N₂氛围下550℃下煅烧3h，制备出黑色TiO₂。Zhou等(J.Am.Chem.Soc.,2014,136(26),9280)将钛酸四丁酯和P123溶解在乙醇溶液中，再加入适量浓盐酸调节PH，放入烘箱中蒸发溶剂得到凝胶粉末，将粉末在200℃下煅烧4h，再在乙二胺的水溶液中100℃回流48h，最后在350℃N₂氛围下煅烧3h和700℃空气氛围下煅烧2h，得到黑色有序介孔TiO₂。

Bi₄Ti₃O₁₂是一种典型的aurivillius氧化物半导体,与二氧化钛相比(E_g＝3.2eV)光学带隙较低(E_g＝2.8eV)。由于结构中存在TiO₄四面体和立体活性的Bi³⁺离子，它作为一种新型高效光催化剂在近年来被广泛研究。Xu等(Acta.Chimica.Sinica,2005,63(1),5)将一定摩尔比的硝酸铋和钛酸四丁脂溶解在醋酸溶液中，通过化学溶液分解法得到钛酸铋的前驱体，再在550℃下煅烧，制备了Bi₁₂TiO₂₀，Bi₄Ti₃O₁₂，Bi₂Ti₂O₇纳米粉体。Wang等(Mater.Lett,2014,121(2),22)将硝酸铋和钛酸四丁脂溶解在二甲氧基乙醇和氢氧化钠水溶液中，通过溶剂热法在180℃下反应20h，制备了Bi₄Ti₃O₁₂纳米片。然而已知的报道中制备的钛酸铋都为白色或者淡黄色，对可见光的吸收效率十分不足。目前还没有关于黑色Bi₄Ti₃O₁₂制备方法的报道。所以开发操作简单，成本低廉，适用于大规模生产的方法，已经成为黑色Bi₄Ti₃O₁₂生产者们所追求的主要目标。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中存在的操作步骤复杂、耗时、成本高，并且没有黑色Bi₄Ti₃O₁₂的技术缺陷，提供一种制备具有良好光催化活性的黑色钛酸铋光催化剂及其方法。

本发明首先提供一种黑色钛酸铋材料，所述材料为黑色粉末，晶化完全，形貌规则。