專利名稱：一種錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法，特別是一種錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，開發(fā)處理環(huán)境污染問題和凈化環(huán)境的光催化材料越來越受到人們的重視。一般的光催化材料難以滿足工業(yè)需要，所以開發(fā)新的能源保護(hù)環(huán)境、降解有機(jī)污染物、改善城市空氣質(zhì)量等早已成為催化領(lǐng)域研究的主要課題。就國內(nèi)而言，能源發(fā)展前景較好的新能源有水能、風(fēng)能、太陽能、氫能和生物能。其中，太陽能是最清潔的能源之一，為此，中國政府制定實(shí)施了“中國光明工程”計(jì)劃，模仿自然界植物光合作用原理，開發(fā)出人工合成技術(shù)被稱為“21世紀(jì)夢”的技術(shù)，它的核心就是研發(fā)高效的、能響應(yīng)太陽光的半導(dǎo)體光催化材料。 就目前而言，國內(nèi)外對(duì)光催化材料的研究大多都停留在二氧化鈦及其相關(guān)改進(jìn)上，盡管這些工作取得了相當(dāng)可觀的進(jìn)展，但由于二氧化鈦本身不響應(yīng)可見光，或通過負(fù)載改性也很難響應(yīng)可見光。因此要規(guī)?；锰柲苓€遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，探索能夠響應(yīng)可見光的新型半導(dǎo)體光催化材料便成為了當(dāng)前此領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。半導(dǎo)體催化技術(shù)是當(dāng)前備受關(guān)注的一種綠色技術(shù)，利用太陽能降解有機(jī)污染物和分解水制氫方面具有廣泛的應(yīng)用前景。TiO2是研究最為廣泛的一種半導(dǎo)體光催化劑，但因其帶隙較寬Γ3. 2eV)，只有λ <390nm的紫外光照射時(shí)才具有光催化活性，太陽能的利用率較低。因此，開發(fā)研究新的可見光催化劑對(duì)提高太陽能的利用率具有重要意義。而錳酸釔是一種窄帶隙半導(dǎo)體，可有效吸收較寬波長范圍的入射光，具有高的催化活性，可有效催化氧化各種有機(jī)物，是潛在的可見光催化材料。目前對(duì)鈣鈦礦型錳酸釔單相多鐵性材料的制備主要集中在薄膜、陶瓷粉體、納米棒等三個(gè)方面。水熱合成法可制備出六方相錳酸釔納米棒，有學(xué)者采用該方法制備出了錳酸釔納米棒，而且還討論了不同的反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的影響，并測量了它的磁性能。最近，YeYx等人制備出錳酸釔納米線或納米管。但是采用微波水熱輔助固相法制備錳酸釔半導(dǎo)體光催化材料還鮮有報(bào)道。鑒于此，實(shí)有必要提供一種可以解決上述問題的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法，采用微波水熱輔助固相法，其操作簡單，所制備的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體化學(xué)活性高、光學(xué)帶隙窄。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法包括以下步驟步驟一取硝酸釔均勻溶液A，高錳酸鉀均勻溶液B和硝酸錳溶液C ；
步驟二 按照Y/Mn摩爾比為1:1. 5, Mn7+ = Mn2+摩爾比為1:4 ;將溶液B和C加入至IJ溶液A中，攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為8 14，形成均勻的共沉淀前驅(qū)物D ；步驟三將共沉淀前驅(qū)物D倒入微波水熱反應(yīng)釜中，密封反應(yīng)，反應(yīng)完成后，冷卻
至室溫;步驟四取出反應(yīng)釜內(nèi)的物料用水沖洗至中性后，煅燒即得錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟二中，將溶液B和C加入到溶液A中，然后加入去離子水?dāng)嚢杈鶆?，使硝酸釔的濃度為O. 0625mol/L。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟三水熱反應(yīng)釜的填充度為40%。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟三中，在微波水熱反應(yīng)釜中密封反應(yīng)的步驟為首先在100°C保溫5min，然后在125°C保溫5min，接著在150°C保溫lOmin，再在175°C保溫15min，最后在 200°C保溫 30min。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于所述步驟四的煅燒溫度為1100°C。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟二中調(diào)節(jié)pH值為10-14。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟二中調(diào)節(jié)pH值為12-14。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟二中調(diào)節(jié)pH值為14。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟一中所述硝酸釔均勻溶液的濃度為O. lmol/L ;所述高錳酸鉀均勻溶液的濃度為O. lmol/L ;所述硝酸錳溶液為50%的硝酸錳溶液。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明微波水熱法制備錳酸釔納米粉體的方法至少具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用微波水熱法輔助固相法制備錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體，由于微波反應(yīng)具有速度快，無溫度梯度等優(yōu)點(diǎn)，不僅制備成本低、操作簡單、反應(yīng)周期短、產(chǎn)物化學(xué)活性高。該方法制備的錳酸釔粉體具有窄的光學(xué)帶隙(Eg=l. 55eV)。同時(shí)，其吸收波長大于800nm，對(duì)探索能夠響應(yīng)可見光的新型半導(dǎo)體光催化材料具有重要意義。


圖I是由本發(fā)明制備的不同pH的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的X-射線衍射(XRD)圖；圖2a和圖2b是由本發(fā)明制備的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的紫外-可見吸收光譜和(ahv)2與hv的關(guān)系曲線；圖3是由本發(fā)明實(shí)施例2制備的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體降解甲基橙時(shí)，甲基橙的降解率隨光照時(shí)間的變化關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :本實(shí)施例中制備的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的前驅(qū)液pH為8。步驟一取濃度為O. lmol/L的硝酸釔均勻溶液A，濃度為O. lmol/L的高錳酸鉀均勻溶液B和50%硝酸錳溶液C ；步驟二 按照Y/Mn摩爾比為:I: I. 5，Mn7+:Mn2+摩爾比為:1:4將溶液B和C加入到溶液A中，加入去離子水?dāng)嚢杈鶆?，使硝酸釔的濃度?. 0625mol/L ;調(diào)節(jié)至pH為8，形成均勻的共沉淀前驅(qū)物D ;步驟三將共沉淀前驅(qū)物D倒入微波水熱反應(yīng)釜中，控制填充度為40%，密封反應(yīng)，首先在100°C保溫5min，然后在125°C保溫5min，接著在150°C保溫lOmin，再在175°C保溫15min，最后在200 C保溫30min。反應(yīng)完成后，冷卻至室溫；
步驟四取出反應(yīng)釜內(nèi)的物料用水沖洗至中性后，1100°C煅燒即得錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體。實(shí)施例2:本實(shí)施例中制備的錳酸釔納米粉體的前驅(qū)液pH為14。步驟一取濃度為O. lmol/L的硝酸釔均勻溶液A，濃度為O. lmol/L的高錳酸鉀均勻溶液B和50%硝酸錳溶液C ；步驟二 按照Y/Mn摩爾比為I: I. 5，Mn7+:Mn2+摩爾比為1:4將溶液B和C加入到溶液A中，加入去離子水?dāng)嚢杈鶆颍瓜跛後惖臐舛葹镺. 0625mol/L ;調(diào)節(jié)至pH為14，形成均勻的共沉淀前驅(qū)物D ;步驟三將共沉淀前驅(qū)物D倒入微波水熱反應(yīng)釜中，控制填充度為40%，密封反應(yīng)，首先在100°C保溫5min，然后在125°C保溫5min，接著在150°C保溫lOmin，再在175°C保溫15min，最后在200 C保溫30min。反應(yīng)完成后，冷卻至室溫；步驟四取出反應(yīng)釜內(nèi)的物料用水沖洗至中性后，1100°C煅燒即得錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體。實(shí)施例3 步驟一取濃度為O. lmol/L的硝酸釔均勻溶液A，濃度為0. lmol/L的高錳酸鉀均勻溶液B和50%硝酸錳溶液C ；步驟二 按照Y/Mn摩爾比為I: I. 5，Mn7+:Mn2+摩爾比為1:4將溶液B和C加入到溶液A中，加入去離子水?dāng)嚢杈鶆颍瓜跛後惖臐舛葹?. 0625mol/L ;調(diào)節(jié)至pH為10，形成均勻的共沉淀前驅(qū)物D ；步驟三將共沉淀前驅(qū)物D倒入微波水熱反應(yīng)釜中，控制填充度為40%，密封反應(yīng)，首先在100°C保溫5min，然后在125°C保溫5min，接著在150°C保溫lOmin，再在175°C保溫15min，最后在200 C保溫30min。反應(yīng)完成后，冷卻至室溫；步驟四取出反應(yīng)釜內(nèi)的物料用水沖洗至中性后，1100°C煅燒即得錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體。實(shí)施例4 步驟一取濃度為0. lmol/L的硝酸釔均勻溶液A，濃度為0. lmol/L的高錳酸鉀均勻溶液B和50%硝酸錳溶液C ；步驟二 按照Y/Mn摩爾比為:I: I. 5，Mn7+:Mn2+摩爾比為:1:4將溶液B和C加入到溶液A中，加入去離子水?dāng)嚢杈鶆?，使硝酸釔的濃度?. 0625mol/L ;調(diào)節(jié)至pH為12，形成均勻的共沉淀前驅(qū)物D ；步驟三將共沉淀前驅(qū)物D倒入微波水熱反應(yīng)釜中，控制填充度為40%，密封反應(yīng)，首先在100°C保溫5min，然后在125°C保溫5min，接著在150°C保溫lOmin，再在175°C保溫15min，最后在200 C保溫30min。反應(yīng)完成后，冷卻至室溫；步驟四取出反應(yīng)釜內(nèi)的物料用水沖洗至中性后，1100°C煅燒即得錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體。請(qǐng)參閱圖I所示，由本發(fā)明方法制備出來的不同pH的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體，當(dāng)溶液中NaOH含量較高時(shí)有利于錳酸釔的形成，尤其是YMn2O5,且結(jié)晶性能也較好。當(dāng)NaOH含量較少時(shí)，有少量的錳酸釔產(chǎn)生，這是由于在較弱的堿性條件下，環(huán)境的影響相對(duì)較小，晶體的生長方向主要由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定。請(qǐng)參閱圖2所示，YMn2O5粉體的截止吸收波長大于800nm,這表明YMn2O5半導(dǎo)體能夠吸收較寬波長的入射光，其中包括所有波段的可見光譜(390nnT780nm)。當(dāng)pH=8時(shí)，制備樣品的帶隙Eg I. 65eV。當(dāng)pH=14時(shí)，制備樣品的帶隙Eg I. 55eV。由此可得，礦化劑量的不同會(huì)影響樣品的粒徑，從而引起光學(xué)帶隙的不同。TiO2作為典型的紫外光光催化劑，其帶隙約為3. 2eV，而YMn2O5粉體具有較小的帶隙，這就預(yù)示其具有良好的可見光光催化性倉泛。請(qǐng)參閱圖3所示，由本發(fā)明方法制備出來的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體降解甲基橙時(shí)，經(jīng)高壓汞燈照射10min、20min、30min，甲基橙的降解率分別達(dá)26%、31%、37%。另外，為 了進(jìn)行對(duì)比，將溶液在暗室中放置30min，甲基橙的降解率不足3%，其值遠(yuǎn)小于在光照條件下甲基橙的降解率。由此可得，YMn2O5粉體具有良好的光催化活性，而且隨光照時(shí)間的增加YMn2O5粉體對(duì)甲基橙的降解率增強(qiáng)。以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一取硝酸釔均勻溶液A，高錳酸鉀均勻溶液B和硝酸錳溶液C ； 步驟二 按照Y/Mn摩爾比為1:1. 5，Mn7+ = Mn2+摩爾比為1:4 ;將溶液B和C加入到溶液A中，攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為8 14，形成均勻的共沉淀前驅(qū)物D ； 步驟三將共沉淀前驅(qū)物D倒入微波水熱反應(yīng)釜中，密封反應(yīng)，反應(yīng)完成后，冷卻至室溫； 步驟四取出反應(yīng)釜內(nèi)的物料用水沖洗至中性后，煅燒即得錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體。
2.如權(quán)利要求2所述的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法，其特征在于步驟二中，將溶液B和C加入到溶液A中，然后加入去離子水?dāng)嚢杈鶆?，使硝酸釔的濃度為O. 0625mol/L0
3.如權(quán)利要求I所述的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法，其特征在于步驟三水熱反應(yīng)釜的填充度為40%。
4.如權(quán)利要求I所述的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法，其特征在于步驟三中，在微波水熱反應(yīng)釜中密封反應(yīng)的步驟為首先在100°C保溫5min，然后在125°C保溫5min，接著在150°C保溫lOmin，再在175°C保溫15min，最后在200°C保溫30min。
5.如權(quán)利要求I所述的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法，其特征在于所述步驟四的煅燒溫度為1100°c。
6.如權(quán)利要求I所述的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法，其特征在于步驟二中調(diào)節(jié)pH值為14。
7.如權(quán)利要求I所述的錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法，其特征在于步驟一中所述硝酸釔均勻溶液的濃度為O. lmol/L ;所述高錳酸鉀均勻溶液的濃度為O. lmol/L ;所述硝酸錳溶液為50%的硝酸錳溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種錳酸釔半導(dǎo)體光催化粉體的制備方法，按照Y/Mn摩爾比為1:1.5，Mn7+:Mn2+摩爾比為1:4；將硝酸釔、高錳酸鉀和硝酸錳溶于去離子水中；然后向溶液中滴加氫氧化鈉，調(diào)節(jié)pH為8~14，形成均勻的前驅(qū)液；將前驅(qū)液倒入水熱反應(yīng)釜中并密封；放進(jìn)微波消解儀中進(jìn)行微波水熱合成，冷卻至室溫，將產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次，經(jīng)1100℃煅燒制得。采用微波水熱法輔助固相法制備，有效降低反應(yīng)溫度，提高粉體活性。該方法制備的錳酸釔粉體具有窄的光學(xué)帶隙(Eg=1.55eV)。同時(shí)，其吸收波長大于800nm，對(duì)探索能夠響應(yīng)可見光的新型半導(dǎo)體光催化材料具有重要意義。
文檔編號(hào)B01J23/32GK102895968SQ20121034424
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者蒲永平, 劉丹, 石軒, 羅玥玥 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)