[发明专利]一种铁酸铋纤维状热释电催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种铁酸铋纤维状热释电催化剂的制备方法及应用，利用五水硝酸铋、九水硝酸铁为主要原料，溶解于有机溶剂中，并将PVP溶解于乙醇和DMF的混合溶液中，形成铁酸铋纤维的纺前溶液，将溶液置于注射器中，放至静电纺丝机上，由注射器喷出，锡纸收集、高温煅烧后得到铁酸铋纤维。在制备过程中控制纺前液配料比、静电纺丝电压、煅烧温度等工艺参数，制得铁酸铋纤维状热释电催化剂。本发明工艺流程简单，易操作，可重复性强，成本低，产物重复利用率高，是一种具有商业前景的制备方法。所制备的铁酸铋纤维在热释电催化杀菌和降解有机污染物及增强光催化等方面有重要的应用价值，在应用时可借助昼夜温差激发热释电效应，实现热释电催化，易于操作。

技术领域

本发明属于新型功能材料技术领域，具体涉及一种铁酸铋纤维状热释电催化剂的制备方法及应用。

背景技术

目前，工业的快速发展和化石燃料的消耗加速了环境污染和能源困境。为了缓解上述两个严重问题，一些研究人员致力于寻找环境污废水的处理方法和产品，如光催化、热催化、压电催化产品等。

与上述技术不同，热释电催化可通过温度波动触发，产生氧化还原反应的热生正负电荷。温度变化会引起晶体结构中原子的轻微空间运动，导致热释电体内部的极化和热释电材料表面上的感生热释电电荷发生变化。而钙钛矿类物质，则是热释电催化的一类代表，它的通式为ABX₃，B位上较小的过渡金属离子位于X阴离子的共角八面体中，较大的A位阳离子与X一样，是具有12倍的配位的一类物质。CaTiO₃是在这个结构家族中被发现的第一种矿物。钙钛矿结构其空间点群为Pm3m，由于钙钛矿氧化物族的柔性电子结构，它们在不同情况中表现出不同的物理和化学性质，包括铁电性巨磁电阻，质子的离子导电性等。作为钙钛矿结构中的一种，BiFeO₃不但拥有菱方钙钛矿的结构，而且是一种多铁性的物质。BiFeO₃的能带隙约为2.013eV，属于一种窄带隙的半导体，并且具有反铁磁性能。BiFeO₃因其优越的性能，如良好的可见光吸收效率、可以自发极化、低成本和无毒性，而备受关注，常用于水分解和降解有机污染物，但传统的BiFeO₃制备方式以粉体形式制备，存在着尺寸大，比表面积小的问题，并且废水处理时容易团聚，严重影响了废水处理效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用五水硝酸铋、九水硝酸铁作为主要原材料，提供一种铁酸铋纤维状热释电催化剂的制备方法及应用。

本发明所采用的技术方案为：

一种铁酸铋纤维状热释电催化剂，其是以静电纺丝和高温煅烧法制备，化学组成为BiFeO₃。

a.纺前溶液的制备：将五水硝酸铋(Bi(NO)₃·5H₂O)和九水硝酸铁(Fe(NO)₃·9H₂O)溶于2-甲氧基乙二醇溶液中，向溶液中滴加乙二醇胺调节pH，再加入冰醋酸控制溶液粘度，然后将其放在室温环境下机械搅拌2小时，记为溶液A；将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到N-N二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇的混合溶液中，搅拌1小时，记为溶液B；待两份溶液都混合均匀后，将溶液A缓慢加入到到溶液B中，待混合均匀后，形成BiFeO₃的纺前溶液；

b.铁酸铋纤维的制备，将步骤a中制备得到的BiFeO₃的纺前溶液移至注射器中，通过静电纺丝的方法，得到BiFeO₃的初生纤维；将所得到的BiFeO₃初生纤维放置在烘箱中干燥，再经马弗炉煅烧，煅烧后令其自然冷却到室温，最终得到BiFeO₃纤维。

步骤a中所述五水硝酸铋、九水硝酸铁中阴离子反应后可除去，不掺杂在铁酸铋中。

步骤a中所述五水硝酸铋、九水硝酸铁的化学计量比为1.05～1.1:1，纺丝前驱体溶液的质量分数为13～15％。