一種氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法，將乙酰丙酮鋅的醇溶液緩慢滴加到四氯化錫和三氯化銻的DMF混合溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝螅谝欢囟认逻M(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，然后在馬弗爐進(jìn)行熱處理即獲得氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)便易行，純度高，雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品制備成本低，性能優(yōu)異，可以工業(yè)化批量生產(chǎn)。本發(fā)明所制備的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料作為光催化材料使用具有較高的催化活性，在降解染料廢水及室內(nèi)有害氣體，光催化消毒等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功能材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及一種氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]普遍的吸光半導(dǎo)體光催化原理，認(rèn)為在能量等于或大于其禁帶寬度(BandGap)的光福射時(shí)，電子從最高電子占據(jù)分子軌道(HOMO,即價(jià)帶Valence band)受激躍迀至最低電子占據(jù)分子軌道(LUM0,即導(dǎo)帶Conduct1n Band)，從而在價(jià)帶留下了光生空穴(h+)，導(dǎo)帶中引入了光生電子(e_)。光生空穴和光生電子分別具有氧化和還原能力，從而引發(fā)下一步氧化還原反應(yīng)。但是如果半導(dǎo)體催化劑的表面上沒(méi)有合適的活性/反應(yīng)位點(diǎn)，光生電子和空穴很容易復(fù)合而喪失了催化活性。所以如何能夠使光生電子和空穴有效的分離是光催化反應(yīng)至關(guān)重要的問(wèn)題。
[0003]氧化錫鋪，又叫摻鋪二氧化錫、鋪錫氧化物，英文簡(jiǎn)稱AT0(Antimony Tin Oxide)。是半導(dǎo)體領(lǐng)域中的非電阻的透明導(dǎo)電性材料，可應(yīng)用于各種玻璃、塑料及各種樹(shù)脂中起到透明、導(dǎo)電、防靜電輻射、隔紫外及紅外作用。納米ATO(銻摻雜二氧化錫)粉體因其高電導(dǎo)率和淺色透明性，在許多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種新型功能材料。利用納米氧化錫銻的導(dǎo)電特性可以加快光生空穴和電子的轉(zhuǎn)移速度，促進(jìn)光催化發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種制備成本低，易于操作控制，目的產(chǎn)物收率高，均一性好，且具有較高催化活性的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法。通過(guò)多組對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)反應(yīng)在制備工藝中起著重要作用。所制備的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料，具有良好的光催化性能，光催化降解染料的工藝條件下，60分鐘降解率達(dá)到了 96.0%以上。本發(fā)明制備方法同樣可以應(yīng)用于其它功能材料的化學(xué)合成研究，且具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的。
[0006]—種氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法，將乙酰丙酮鋅的醇溶液緩慢滴加到四氯化錫和三氯化銻的DMF(N，N_ 二甲基甲酰胺)混合溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝?，在一定溫度下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，接續(xù)高溫反應(yīng)后，溫度下降至室溫，即得目的產(chǎn)物。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述的乙酰丙酮鋅在醇溶液中的摩爾濃度為0.0I?
0.5 mol/L。
[0008]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的四氯化錫和三氯化銻的DMF混合溶液的摩爾濃度為0.01?0.5 mo 1/L，其中四氯化錫和三氯化銻的摩爾比為9:2。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的乙酰丙酮鋅和四氯化錫的摩爾比為9:0.9?18。
[0010]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的醇溶液為為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種以上的混合物。
[0011]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的交聯(lián)反應(yīng)溫度在150?400°C，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為2?8h。
[0012]更進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的高溫反應(yīng)溫度在500?800°C，反應(yīng)時(shí)間為6?24 h。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)。
[0014](I)本發(fā)明開(kāi)發(fā)了制備氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料新工藝路線，產(chǎn)品的禁帶寬度在2.5?2.8 eV之間。該工藝制備成本低，操作容易控制，具有較高的生產(chǎn)效率，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大量生產(chǎn)。
[0015](2)目的產(chǎn)物收率(98.0%?99.5%)，產(chǎn)品純度高(99.5%?99.8%)可滿足工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)獯呋牧袭a(chǎn)品的要求。
[0016](3)本發(fā)明制備的目的產(chǎn)物氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料是光催化材料，60分鐘降解率可達(dá)到(97.0%?98.5%)，具有較高的催化活性。
【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。
[0018]圖1為本發(fā)明的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料SEM圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料SEM圖。
[0020]圖3為本發(fā)明的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料SEM圖。
[0021 ]圖4為本發(fā)明的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料SEM圖。
[0022]圖5為本發(fā)明的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料X射線衍射圖。
[0023]圖6為本發(fā)明的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料紫外可見(jiàn)光譜圖。
[0024]圖7為本發(fā)明的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料禁帶寬度圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種化學(xué)制備方法，通過(guò)新的化學(xué)途徑制備氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料。其光催化性質(zhì)可以通過(guò)光催化降解典型的染料甲基橙進(jìn)行評(píng)估。
[0026]本發(fā)明將乙酰丙酮鋅的醇溶液緩慢滴加到四氯化錫和三氯化銻的DMF混合溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝?，在一定溫度下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，接續(xù)高溫反應(yīng)后，溫度下降至室溫，即得目的產(chǎn)物。
[0027]本發(fā)明制備步驟是。
[0028](I)將乙酰丙酮鋅的醇溶液緩慢滴加到四氯化錫和三氯化銻的DMF混合溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝蟆Ｒ阴１\醇溶液的摩爾濃度為0.01?0.5 mol/L。四氯化錫和三氯化鋪的DMF混合溶液的摩爾濃度為0.01?0.5 mol/L，其中四氯化錫和三氯化鋪的摩爾比為9:2 ο乙酰丙酮鋅和四氯化錫的摩爾比為9:0.9?18。醇溶液為為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種以上的混合物。
[0029](2)將得到的混和溶液在一定溫度下，進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，交聯(lián)反應(yīng)溫度在150?400°C，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為2?8 ho
[0030](3)交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束，再進(jìn)行高溫煅燒，高溫反應(yīng)溫度在500?800°C，反應(yīng)時(shí)間為6?24 h，溫度下降至室溫，即得目的產(chǎn)物。
[0031](4)利用所制備的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氣燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度變化。
[0032]參見(jiàn)圖1?4所示，為本發(fā)明的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料SEM圖，可以看出產(chǎn)物分散性和均一性較好。圖5為本發(fā)明的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料X射線衍射圖，其中*為氧化錫銻的衍射峰，#為氧化鋅的衍射峰。圖6為本發(fā)明所制備的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的紅外光譜圖，的吸收邊在482 nm左右(圖7)，禁帶寬度約2.57 eV(圖7)。
[0033]實(shí)施例1。
[0034]將濃度為0.1 mol/L乙酰丙酮鋅的異丙醇溶液緩慢滴加到濃度為0.1 mol/L四氯化錫和三氯化銻的DMF溶液中，充分混合均勻。其中乙酰丙酮鋅和四氯化錫的摩爾比為9:
0.9。將得到的混和溶液進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在150°C，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)。其中，四氯化錫和三氯化鋪的DMF混合溶液的摩爾濃度為0.1 mol/L，四氯化錫和三氯化鋪的摩爾比為9:2。交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進(jìn)行高溫反應(yīng)，高溫反應(yīng)溫度在800°C，反應(yīng)時(shí)間為6ho自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0035]產(chǎn)品的禁帶寬度為2.5 eV。其產(chǎn)品的收率為99.5%。產(chǎn)品純度為不低于99.8%，雜質(zhì)含量:碳小于0.2%。利用所制備的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氣燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度，計(jì)算降解率。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的試驗(yàn)中，60分鐘的降解率為98.5%。
[0036]實(shí)施例2。
[0037]將濃度為0.1 mol/L乙酰丙酮鋅的甲醇溶液緩慢滴加到濃度為0.1 mol/L四氯化錫和三氯化銻的DMF溶液中，充分混合均勻。其中乙酰丙酮鋅和四氯化錫的摩爾比為9:1.8。將得到的混和溶液進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在400°C，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)。其中，四氯化錫和三氯化鋪的DMF混合溶液的摩爾濃度為0.1 mo 1/L，四氯化錫和三氯化鋪的摩爾比為9:2。交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進(jìn)行高溫反應(yīng)，高溫反應(yīng)溫度在500°C，反應(yīng)時(shí)間為24 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0038]產(chǎn)品的禁帶寬度為2.6 eV。其產(chǎn)品的收率為99.3%。產(chǎn)品純度不低于99.6%，雜質(zhì)含量:碳小于0.4%。利用所制備的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氙燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度，計(jì)算降解率。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的試驗(yàn)中，60分鐘的降解率為98.1%。
[0039]實(shí)施例3。
[0040]將濃度為0.05 mol/L乙酰丙酮鋅的乙二醇溶液緩慢滴加到濃度為0.05 mol/L四氯化錫和三氯化銻的DMF溶液中，充分混合均勻。其中乙酰丙酮鋅和四氯化錫的摩爾比為9:
3.6。將得到的混和溶液進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在400°C，反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)。其中，四氯化錫和三氯化鋪的DMF混合溶液的摩爾濃度為0.05 mol/L，四氯化錫和三氯化鋪的摩爾比為9:2。交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進(jìn)行高溫反應(yīng)，高溫反應(yīng)溫度在600°C，反應(yīng)時(shí)間為12 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0041 ] 產(chǎn)品的禁帶寬度為2.7 eV。其產(chǎn)品的收率為98.0%。產(chǎn)品純度不低于99.7%，雜質(zhì)含量:碳小于0.3%。利用所制備的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氙燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度，計(jì)算降解率。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的試驗(yàn)中，60分鐘的降解率為97.0%。
[0042]實(shí)施例4。
[0043]將濃度為0.1 mol/L乙酰丙酮鋅的異丙醇溶液緩慢滴加到濃度為0.1 mol/L四氯化錫和三氯化銻的DMF溶液中，充分混合均勻。其中乙酰丙酮鋅和四氯化錫的摩爾比為9:
1.8。將得到的混和溶液進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在300°C，反應(yīng)時(shí)間為5小時(shí)。其中，四氯化錫和三氯化鋪的DMF混合溶液的摩爾濃度為0.1 mol/L，四氯化錫和三氯化鋪的摩爾比為9:
2。交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進(jìn)行高溫反應(yīng)，高溫反應(yīng)溫度在700°C，反應(yīng)時(shí)間為10ho自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0044]產(chǎn)品的禁帶寬度為2.8 eV。其產(chǎn)品的收率為99.4%。產(chǎn)品純度不低于99.7%，雜質(zhì)含量:碳小于0.3%。利用所制備的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氙燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度，計(jì)算降解率。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的試驗(yàn)中，60分鐘的降解率為97.8%。
[0045]實(shí)施例5。
[0046]將濃度為0.05 mol/L乙酰丙酮鋅的乙醇溶液緩慢滴加到濃度為0.05 mol/L四氯化錫和三氯化銻的DMF溶液中，充分混合均勻。其中乙酰丙酮鋅和四氯化錫的摩爾比為9:
3.6。將得到的混和溶液進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在300°C，反應(yīng)時(shí)間為5小時(shí)。其中，四氯化錫和三氯化鋪的DMF混合溶液的摩爾濃度為0.05 mol/L，四氯化錫和三氯化鋪的摩爾比為9:2。交聯(lián)反應(yīng)結(jié)束后，接續(xù)在馬弗爐中進(jìn)行高溫反應(yīng)，高溫反應(yīng)溫度在600°C，反應(yīng)時(shí)間為10 h。自然冷卻后，即得到目的產(chǎn)物。
[0047]產(chǎn)品的禁帶寬度為2.75eV。其產(chǎn)品的收率為98.5%。產(chǎn)品純度不低于99.7%，雜質(zhì)含量:碳小于0.3%。利用所制備的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料作為光催化劑(0.2g/L)，降解20mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為300W氙燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度，計(jì)算降解率。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的試驗(yàn)中，60分鐘的降解率為98.1%。
[0048]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于，將乙酰丙酮鋅的醇溶液緩慢滴加到四氯化錫和三氯化銻的DMF混合溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝?，在一定溫度下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，接續(xù)高溫反應(yīng)后，溫度下降至室溫，即得目的產(chǎn)物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的乙酰丙酮鋅在醇溶液中的摩爾濃度為0.0l?0.5 mol/Lo3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的四氯化錫和三氯化銻的DMF混合溶液的摩爾濃度為0.0I?0.5 mol/L，其中四氯化錫和三氯化銻的摩爾比為9:2。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的乙酰丙酮鋅和四氯化錫的摩爾比為9:0.9?18。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的醇溶液為為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種以上的混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的交聯(lián)反應(yīng)溫度在150?400°C，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為2?8 ho7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧化鋅/氧化錫銻復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于:所述的高溫反應(yīng)溫度在500?800°C，反應(yīng)時(shí)間為6?24 h。
【文檔編號(hào)】B01J23/18GK105854867SQ201610222072
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】許家勝, 孫譽(yù)東, 張 杰, 王莉麗, 王琳, 唐爽, 李閣, 丁亮, 艾慧婷, 車昕彤, 劉嬌, 唐克, 邢錦娟, 劉琳, 錢(qián)建華
【申請(qǐng)人】渤海大學(xué)