一種棒狀多孔半導(dǎo)體介晶催化材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種棒狀多孔半導(dǎo)體介晶催化材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]介晶材料是一種由納米粒子定向組裝而成的微米級(jí)超分子材料，兼具微米級(jí)的粒徑和納米材料的性能，使其既易于通過簡單工藝回收，又擁有可與納米材料相比擬的比表面積、光學(xué)性質(zhì)和催化性能，可以廣泛應(yīng)用于催化、涂料和傳感器等領(lǐng)域，該類材料為實(shí)現(xiàn)納米材料在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用具有推動(dòng)作用。
[0003]介晶材料由于其特殊的晶化過程而具有多孔的組成、粗糙的表面結(jié)構(gòu)以及類似單晶的性質(zhì)，這些特點(diǎn)使其具備單晶材料、多晶材料、無定形材料均無法比擬的優(yōu)異性能，可以廣泛應(yīng)用于傳感器、太陽能電池、光催化等諸多領(lǐng)域。但遺憾的是，半導(dǎo)體介晶催化材料制備工藝仍然處于探索階段，往往需要嚴(yán)格的物理化學(xué)環(huán)境，比如高溫高壓條件，并且還需要大量有機(jī)模板劑作為介晶形成誘導(dǎo)劑，這無疑制約了這類材料的實(shí)際應(yīng)用。目前已見報(bào)道的制備方法主要是水熱合成法(Deng, Q.ACS App1.Mater.1nterfaces 2012, 4,6030-6037.Li, L., et al.Cryst.Eng.Comm.2010, 12，2073-2078)，該方法在制備過程中不僅需要高溫高壓環(huán)境，而且還離不開大量有機(jī)模板劑的使用，因此，不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。目前，科研工作者積極探索關(guān)于介晶粉體材料在常壓條件、無添加有機(jī)模板劑的制備新技術(shù)。如果該技術(shù)能夠獲得突破，必將有助于介晶材料的推廣應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明首次創(chuàng)造性地提出了制備該類粉體的常壓自誘導(dǎo)法，獲得了棒狀多孔半導(dǎo)體銀包覆摻鐵氧化鋅介晶催化材料。所謂常壓自誘導(dǎo)法，是指在常壓且無需任何模板劑的條件下，體系中的鐵離子作為摻雜劑的同時(shí)還將作為形貌控制劑，通過自誘導(dǎo)過程合成棒狀多孔介晶粉體。該方法不僅彌補(bǔ)了現(xiàn)有介晶材料制備方法不能進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)的不足，同時(shí)，由于鐵離子的摻雜作用和單質(zhì)銀的包覆作用，將氧化鋅基催化劑的可見光利用率相對(duì)于純氧化鋅納米粉體提高了 300%，實(shí)現(xiàn)在可見光下的高效催化。本發(fā)明提供的方法具有工藝設(shè)備簡單，合成效率高，生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，獲得的產(chǎn)物具有形貌均一，可見光響應(yīng)及催化性能優(yōu)良等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種棒狀多孔半導(dǎo)體介晶催化材料的制備方法，解決現(xiàn)有介晶材料制備技術(shù)不能用于實(shí)際生產(chǎn)的難題。
[0006]本發(fā)明獲得的新型多孔半導(dǎo)體介晶催化粉體材料為棒狀結(jié)構(gòu)，采用常壓自誘導(dǎo)法進(jìn)行制備，其具體步驟為:
將作為鋅源、鐵源和銀源的原材料放入敞口容器中，加入適量無水乙醇攪拌均勻后加熱至一定溫度，再向體系中加入草酸的乙醇溶液后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢枰欢〞r(shí)間，將反應(yīng)液連同敞口容器放到烘箱中烘干，得到前驅(qū)物。然后將前驅(qū)物研碎后轉(zhuǎn)入坩禍并置于馬弗爐中，設(shè)置煅燒溫度和煅燒時(shí)間，煅燒結(jié)束后自然冷卻至室溫，即獲得銀包覆鐵摻雜棒狀多孔半導(dǎo)體介晶粉體材料。
[0007]具體制備條件為:
鋅源、鐵源、銀源的摩爾比為:鋅源:鐵源:銀源=100: (0.5-5): 2 ;
水浴溫度和時(shí)間:溫度為80°C，時(shí)間為2~5 h ；
前驅(qū)物烘干:干燥溫度為75~100°C，干燥時(shí)間為2~8 h ;
前驅(qū)物煅燒:煅燒溫度500~800°C，煅燒時(shí)間l~5h。
[0008]本發(fā)明中，鋅源為硝酸鋅，鐵源為硝酸鐵，銀源為硝酸銀。
[0009]本發(fā)明中，烘干是為了蒸去混合物中游離的乙醇分子，以便于后續(xù)操作。
[0010]本發(fā)明中，加入鐵源和銀源是為了分別作為摻雜劑和包覆劑增強(qiáng)催化劑的催化性能，鐵源同時(shí)在體系中自誘導(dǎo)棒狀介晶結(jié)構(gòu)的形成。
[0011]本發(fā)明中，由于所得的膠狀物在分解過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，使反應(yīng)體系疏松，有利于多孔結(jié)構(gòu)的形成。
[0012]本發(fā)明經(jīng)過煅燒后得到產(chǎn)物的顏色為淺黃色，具有棒狀介晶結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、首次提出利用常壓自誘導(dǎo)法制備出棒狀的多孔半導(dǎo)體介晶粉體，制備過程在常壓下進(jìn)行，無需加入有機(jī)膜板模，整個(gè)制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉，解決了現(xiàn)有的制備介晶材料方法難以用于實(shí)際生產(chǎn)的難題。
[0014]2、利用本發(fā)明制備的產(chǎn)物同一般納米材料相比，不僅具有結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(多孔棒狀介晶結(jié)構(gòu))，而且具有穩(wěn)定性高、易回收、催化性能優(yōu)良、等特點(diǎn)。作為催化劑使用，能夠有效利用可見光，其催化效率是普通納米氧化鋅的3倍。
[0015]3、本發(fā)明所用的原材料來源豐富而且價(jià)格廉價(jià)，具有工業(yè)可行性。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0017]實(shí)施例1
稱取二水合乙酸鋅2.20克，九水合硝酸鐵0.04克，硝酸銀0.034克。放入燒杯中，加入100毫升無水乙醇攪拌均勻后水浴加熱至80°C，再將3.78克草酸溶解在50毫升乙醇中并加入到反應(yīng)液中，恒溫80°C攪拌2小時(shí)，然后在80°C烘箱中烘干8小時(shí)，將得到的固體研碎后轉(zhuǎn)入坩禍中后放入馬弗爐，煅燒溫度設(shè)置在600°C，煅燒2小時(shí)后，自然冷卻至室溫，即得到棒狀多孔半導(dǎo)體介晶粉體，通過透射電子顯微鏡觀察產(chǎn)物長約3.2微米，直徑約400納米，可見光下5小時(shí)內(nèi)對(duì)羅丹明B染料的降解率為90.2%。
[0018]實(shí)施例2
稱取二水合乙酸鋅2.20克，九水合硝酸鐵0.04克，硝酸銀0.034克。放入燒杯中，加入100毫升無水乙醇攪拌均勻后水浴加熱至80°C，再將3.78克草酸溶解在50毫升乙醇中并加入到反應(yīng)液中，恒溫80°C攪拌2小時(shí)，然后在80°C烘箱中烘干8小時(shí)，將得到的固體研碎后轉(zhuǎn)入坩禍中后放入馬弗爐，煅燒溫度設(shè)置在500°C，煅燒2小時(shí)后，自然冷卻至室溫，即得到棒狀多孔半導(dǎo)體介晶粉體，通過透射電子顯微鏡觀察產(chǎn)物長約3.6微米，直徑約400納米，可見光下5小時(shí)內(nèi)對(duì)羅丹明B染料的降解率為85.2%。
[0019]實(shí)施例3
稱取二水合乙酸鋅2.20克，九水合硝酸鐵0.2克，硝酸銀0.034克。放入燒杯中，加入100毫升無水乙醇攪拌均勻后水浴加熱至80°C，再將3.78克草酸溶解在50毫升乙醇中并加入到反應(yīng)液中，恒溫80°C攪拌2小時(shí)，然后在100°C烘箱中烘干2小時(shí)，將得到的固體研碎后轉(zhuǎn)入坩禍中后放入馬弗爐，煅燒溫度設(shè)置在800°C，煅燒I小時(shí)后，自然冷卻至室溫，即得到棒狀多孔半導(dǎo)體介晶粉體，通過透射電子顯微鏡觀察產(chǎn)物長約2.8微米，直徑約300納米，可見光下5小時(shí)內(nèi)對(duì)羅丹明B染料的降解率為78.8%。
[0020]實(shí)施例4
稱取二水合乙酸鋅2.20克，九水合硝酸鐵0.4克，硝酸銀0.034克。放入燒杯中，加入100毫升無水乙醇攪拌均勻后水浴加熱至80°C，再將3.78克草酸溶解在50毫升乙醇中并加入到反應(yīng)液中，恒溫80 0C攪拌2小時(shí)，然后在75 °C烘箱中烘干5小時(shí)，將得到的固體研碎后轉(zhuǎn)入坩禍中后放入馬弗爐，煅燒溫度設(shè)置在600°C，煅燒5小時(shí)后，自然冷卻至室溫，即得到棒狀多孔半導(dǎo)體介晶粉體，通過透射電子顯微鏡觀察產(chǎn)物長約3.7微米，直徑約400納米，可見光下5小時(shí)內(nèi)對(duì)羅丹明B染料的降解率為77.4%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種棒狀多孔半導(dǎo)體介晶催化材料的制備方法，其特征在于本發(fā)明采用常壓自誘導(dǎo)法進(jìn)行制備，具體步驟為:將相應(yīng)量的鋅源、鐵源和銀源加入到敞口容器中，加入無水乙醇攪拌均勻后水浴加熱至80°c，再逐滴加入草酸的乙醇溶液，恒溫?cái)嚢枰欢〞r(shí)間后，將反應(yīng)液連同敞口容器放到烘箱中烘干，最后在一定溫度下煅燒，即獲得棒狀銀包覆鐵摻雜氧化鋅半導(dǎo)體介晶催化材料，具體制備條件為: 鋅源為硝酸鋅，鐵源為硝酸鐵，銀源為硝酸銀； 鋅源、鐵源、銀源的摩爾比為:鋅源:鐵源:銀源=100: (0.5-5): 2 ; 水浴溫度和時(shí)間:溫度為80°C，時(shí)間為2~5 h ； 前驅(qū)物烘干:干燥溫度為75~100°C，干燥時(shí)間為2~8 h ; 前驅(qū)物煅燒:煅燒溫度500~800°C，煅燒時(shí)間l~5h。
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種棒狀多孔半導(dǎo)體介晶催化材料的制備方法。本發(fā)明采用常壓自誘導(dǎo)法，將相應(yīng)的鋅源、鐵源和銀源加入到敞口容器中，加入無水乙醇攪拌均勻后水浴加熱至80℃，再逐滴加入草酸的乙醇溶液，恒溫?cái)嚢枰欢〞r(shí)間后，將反應(yīng)液連同敞口容器放到烘箱中烘干，最后在一定溫度下煅燒，即可獲得棒狀多孔銀包覆鐵摻雜氧化鋅半導(dǎo)體介晶催化材料。該銀包覆鐵摻雜氧化鋅介晶納米材料在可見光下光催化性能優(yōu)良，可循環(huán)使用，易回收，能夠作為催化材料高效催化降解工業(yè)廢水，彌補(bǔ)氧化鋅納米粉體應(yīng)用上的不足。
【IPC分類】C02F1-30, B01J23-89
【公開號(hào)】CN104525217
【申請?zhí)枴緾N201410691291
【發(fā)明人】劉金庫, 張琦, 王建棟
【申請人】華東理工大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月27日