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新材料——新型光催化材料的高压制备
来源:曹明霞   时间:2020-11-05   浏览次数:11

技术应用领域:太阳能材料制备及光催化

转化方式:技术转让

项目简介:

1、项目背景

BiVO4是一种光催化性能优越的半导体材料,在水的催化分解、有机污染物的催化降解等领域具有重要应用。BiVO4是多晶型化合物,分别为四方晶系白钨矿结构、四方晶系锆石结构和单斜晶系白钨矿型结构。BiVO4的催化性能和其结构密切相关,单斜相BiVO4存在优异的光催化性能,而四方相锆石结构BiVO4几乎没有光催化效果。利用水热合成法,很容易获得结晶良好的单斜相BiVO4。然而,纯相的单斜相BiVO4体内光激发生成的电子迁移率较低,导致电子和空穴难易复合,使催化剂的光量子效率和可见光活性降低,因而纯相的单斜相BiVO4的光催化性能并不理想。

为了提高单斜相BiVO4的光量子效率和可见光活性,拓宽其光谱吸收范围,需要对其进行改性,从而改善其光催化性能。人们通常采用离子掺杂的手段对其改性,而稀土离子Re3+由于具有丰富的能级结构和较为独特的光学性能,因而稀土离子掺杂的单斜相BiVO4:Re成为研究热点。然而,稀土离子在单斜相BiVO4中的可溶性很低,极小量的掺杂浓度即可诱发单斜相BiVO4转变为四方相锆石结构BiVO4。虽然四方相锆石结构BiVO4中可掺杂大量的稀土离子,但是四方相锆石结构BiVO4的光催化性能很弱。因而,如何改善稀土离子在单斜相BiVO4的可溶性,提高其的掺杂浓度,同时能够保持其单斜相结构,获得优异的光催化性能,成为当前面临的一个难题。

2、技术创新点

以四方相锆石结构的BiVO4:Re为原料,利用高压相变方法制备单斜相结构BiVO4:Re的制备方法,从而一定程度解决光催化材料BiVO4在掺杂浓度和相分离之间的矛盾。

主要技术原理是:以高浓度稀土离子掺杂的四方相锆石结构的BiVO4:Re为原料,加压过程中四方相锆石结构的BiVO4:Re发生相变转变为四方相白钨矿结构的BiVO4:Re,在进一步卸压过程中再次发生相变转变为单斜相BiVO4:Re,从而间接提升了单斜相BiVO4:Re材料中的Re掺杂率。总体而言,本申请属于一种高压相变制备方法,能够较好解决现有单斜相BiVO4:Re材料制备过程中的高浓度掺杂诱发的相分离矛盾难题。

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                图1. 合成技术示意图          图2. 催化效果对比

3、市场前景及应用领域

利用该方法制备单斜相BiVO4:Re材料过程中,不需要高温烧结,不需要添加助融剂,制备工艺简便易操作,常温即可制备,且反应时间短、能耗低,能够有效降低合成成本;加上所制备的单斜相BiVO4:Re材料中Re掺杂浓度较高,且不含其它杂质,物相单一,所制备材料具有良好的光催化性能和可见光活性,因而使得本申请在太阳能材料制备及光催化等技术领域具有较好的应用前景。

专利:

(1)一种水凝胶相变温度和相变压力的测量装置和方法(国家专利号:ZL 201510234125.5);

(2)一种单斜相BiVO4:Re光催化材料的高压制备方法(国家专利号:ZL201710806741.2)。

  

项目合作:

业务部张经理:199 3703 5860  0371-85510298

邮箱:cyjsyiy@163.com