[發(fā)明專利]具有可見光催化活性的過渡金屬摻雜氧化鋅介孔材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010275787.4
• 申請(qǐng)日: 2010-09-08
• 公開（公告）號(hào): CN101947454A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖奇;姚池
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/80
• 分類號(hào): B01J23/80;B01J23/34;B01J35/10;A62D3/10;A62D101/28
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有可見光催化活性的過渡金屬摻雜氧化鋅介孔材料及其制備方法，屬于光催化材料、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

工業(yè)化進(jìn)程快速的發(fā)展給人們帶來福音的同時(shí)，資源短缺與環(huán)境污染已經(jīng)成為人們面臨的一個(gè)全球性的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。環(huán)境污染不僅影響到我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，也突出地影響到人民群眾的健康和生活質(zhì)量。人類的消化系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)對(duì)環(huán)境污染的有效控制與治理已成為世界各國(guó)政府所面臨和函待解決的重大問題，空氣凈化和水處理等也由此成為科研工作者的重要研究?jī)?nèi)容之一。目前我國(guó)傳統(tǒng)的處理方法，如物理吸附法、化學(xué)吸附法和生物降解法等，雖然工藝成熟，但總的說來處理效率低，特別是不能有效地去除水體中存在的低濃度但生物難降解的有機(jī)污染物，不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生活的需要，因此開發(fā)一種新的實(shí)用的水污染處理方法依舊是人們當(dāng)前的目標(biāo)。半導(dǎo)體光催化可以將低密度的太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為高密度的化學(xué)能和電能，同時(shí)可以直接利用低密度的太陽(yáng)光降解水和空氣中的各種污染物，所以光催化在環(huán)境凈化和新能源開發(fā)方面具有巨大的潛力。光催化可以通過光強(qiáng)、光波長(zhǎng)等條件控制反應(yīng)的速度和選擇性，實(shí)現(xiàn)通過熱反應(yīng)得不到的化學(xué)反應(yīng)。這一方法可在室溫下充分地利用太陽(yáng)光能，具有低成本、無污染的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)從根本上解決環(huán)境污染和能源短缺問題具有不可估量的意義。ZnO是良好的半導(dǎo)體光催化劑，具有良好的光電特性、化學(xué)性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、無毒等特征。但ZnO半導(dǎo)體具有約3.2eV的寬禁帶寬度，只能吸收波長(zhǎng)小于387nm的紫外光。因此，必須發(fā)展能夠利用太陽(yáng)光的可見光響應(yīng)ZnO基光催化材料，目前通常通過過渡金屬離子摻雜如Co、Ni和Mn或者非金屬N摻雜來提高對(duì)可見光的吸收能力，但是目前存在可見光光催化效率低的問題。目前許多實(shí)驗(yàn)都證明TiO₂介孔化后在一定條件下光催化性能明顯提高，介孔TiO₂光催化性能的提高主要是由于介孔材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的，介孔材料的大比表面積使催化反應(yīng)的反應(yīng)點(diǎn)增多，同時(shí)孔道結(jié)構(gòu)更加有利于反應(yīng)物在光催化材料表面吸附，此外介孔孔道結(jié)構(gòu)可以使光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴更容易到達(dá)光催化材料表面參加表面化學(xué)反應(yīng)，從而提高量子轉(zhuǎn)換效率。但是，有關(guān)過渡金屬摻雜氧化鋅介孔材料作為光催化材料及其制備方法，未見有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道和專利申請(qǐng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種可見光催化活性高的過渡金屬摻雜氧化鋅介孔光催化材料。

本發(fā)明的目的之二是提供一種可見光催化活性高的過渡金屬摻雜氧化鋅介孔光催化材料的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明具有可見光催化活性的過渡金屬摻雜氧化鋅介孔材料組分為：Zn_1-xRe_xO，其中Re包括Mn，F(xiàn)e，Co或Cu；x＝0.1mol-6mol％；其介孔材料的介孔孔道直徑為2.5nm-15nm，比表面積為32.6m²/g-50m²/g。

所述的過渡金屬摻雜氧化鋅介孔材料組分優(yōu)選為：Zn_1-xRe_xO，其中Re包括Mn，F(xiàn)e，Co或Cu；x＝5mol％。

所述的過渡金屬摻雜氧化鋅介孔材料組分還可以優(yōu)選為：Zn_1-xCu_xO，其中x＝0.1mol-6mol％，進(jìn)一步優(yōu)選為：Zn_1-xCu_xO，其中x＝5mol％。

具有可見光催化活性的過渡金屬摻雜氧化鋅介孔材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅鹽、尿素以及選自錳、鐵、鈷及銅中任一種金屬鹽溶解于蒸餾水中攪拌得到前驅(qū)體溶液；

(2)將前驅(qū)體溶液置于高壓反應(yīng)釜中，密封，100-130℃反應(yīng)1～24h；

(3)反應(yīng)完畢冷卻至室溫，產(chǎn)物用去離子水反復(fù)洗滌，真空干燥2-8h；

(4)然后在400～600℃焙燒2-4h。

步驟(1)所述的鋅鹽包括乙酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅；所述的錳鹽包括乙酸錳、硫酸錳、硝酸錳或氯化錳；所述的鐵鹽包括硫酸亞鐵或氯化亞鐵；所述的鈷鹽包括乙酸鈷、硫酸鈷、硝酸鈷或氯化鈷；所述的銅鹽包括乙酸銅、硫酸銅、硝酸銅或氯化銅。

步驟(1)所述的金屬離子總濃度控制為0.05mol/L-0.2mol/L；

步驟(1)所述的尿素與金屬離子的摩爾之比控制為5-15；

步驟(3)所述的真空干燥溫度為80～100℃。