[發明專利]一種核殼結構光催化材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310453746.3
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103480397A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 余華;趙麗娟;郭輝
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01J27/138
• 分類號: B01J27/138;B01J35/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

?本發明屬于光學材料技術領域，具體為一種核殼結構光催化材料及其制備方法。

背景技術

環境保護和新能源的開發，是目前全世界共同關注的兩個重要議題。納米二氧化鈦材料由于其優異的光催化性能、穩定的化學性質和生物無毒性等特點，在環境保護和新能源開發兩個領域中有廣闊的應用前景。一方面，利用納米二氧化鈦材料的親水性和對紫外光的強吸收性，可制成光催化劑降解有機污染物、凈化空氣、殺菌消毒；另一方面，二氧化鈦可光催化分解水，產生氫氣和氧氣，為氫能源的開發和利用提供條件。

但根據半導體材料的光吸收閾值可知，納米二氧化鈦材料只能吸收波長在紫外光范圍的太陽光能，而這部分紫外光能僅占到達地球表面太陽光能的4-6%，導致其對太陽能的利用率低，應用范圍受到限制。并且，在紫外光激發下激發到導帶的電子和在價帶留下的空穴在材料內容易復合，復合掉的電子和空穴將不發揮光催化功能，使得納米二氧化鈦材料的光催化效率大大降低。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種核殼結構光催化材料及其制備方法，通過高溫固相熔融法獲得摻稀土納米晶前軀體，通過酸腐蝕法去除納米晶周圍的氧化物基質，獲得摻稀土納米晶顆粒溶液，通過二氧化鈦包覆的方法獲得核殼結構的新型光催化材料；該新型核殼結構光催化材料能夠通過作為核材料的摻稀土納米晶顆粒的上轉換作用，將長波段的太陽光轉換為短波段熒光使二氧化鈦能夠吸收，增加二氧化鈦殼材料的光催化效能；該核殼結構還能使得二氧化鈦的電子空穴對的內部復合幾率降低，增加光催化效率。

本發明的技術方案：

一種核殼結構光催化材料，核材料為具有上轉換功能的摻稀土氟化物納米微晶顆粒，殼層材料為納米量級的二氧化鈦。

一種所述核殼結構光催化材料的制備方法，步驟如下：

1）通過高溫固相熔融法制備摻稀土納米晶前軀體xSiO₂-yAl₂O₃-zPbF₂-(50-z)CdF₂:aRe，

將SiO₂、Al₂O₃、PbF₂、CdF₂和稀土離子氧化物按照化學計量比混合均勻，充分研磨至微米量級后在800-1200℃溫度條件下灼燒2小時，然后將熔融的玻璃液迅速傾倒在鐵盤上快速冷卻，制得摻稀土納米晶前軀體xSiO₂-yAl₂O₃-zPbF₂-(50-z)CdF₂:aRe，式中：x、y、z為化學表達式中各組分的摩爾比，x、y、z的取值范圍為：15≤x≤50、0≤y≤50、0＜z≤50，Re為稀土離子a為所述稀土離子的摻入摩爾百分比，a的取值范圍為0＜a≤5；

2）通過熱誘導法在上述前軀體中構造zPbF₂-(50-z)CdF₂:aRe納米微晶

將上述摻稀土納米晶前軀體在核化溫度320-540℃下熱誘導1-12小時，然后冷卻至室溫，得到zPbF₂-(50-z)CdF₂:aRe納米微晶，式中：0＜z≤50，Re為稀土離子a為所述稀土離子的摻入摩爾百分比，a的取值范圍為0＜a≤5；

3）通過酸腐蝕法去除氧化物基質制得摻稀土納米微晶溶膠

將上述zPbF₂-(50-z)CdF₂:aRe納米微晶充分研磨至微米量級后加入濃度為1-10mol/L的氫氟酸腐蝕12-24小時，以去除納米微晶周圍的氧化物基質，然后滴加堿液調節混合液pH值為6-7，再加入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉進行分散，制得摻稀土納米微晶溶膠；

4）采用微乳液法或鈦鹽水解法制得核殼結構光催化材料。

所述稀土離子為鑭（La）、鐠（Pr）、釹（Nd）、銪（Eu）、鋱（Tb）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）和鐿（Yb）的氧化物中的一種或兩種以上任意比例的混合物。

所述zPbF₂-(50-z)CdF₂:aRe納米微晶與氫氟酸的用量比為0.1g:10mL。

所述堿液為濃度0.1-1mol/L的NaOH水溶液或濃度為0.5mol/L的氨水溶液。