[發明專利]一種制備稀土鈰摻雜氧化鋅的方法

有效

• 申請號: 201811441653.8
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109289830B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 許映杰;陳婷婷
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J37/10;B01J37/08
• 代理公司: 紹興普華聯合專利代理事務所(普通合伙) 33274
• 代理人: 康秀華

本發明公開了一種制備稀土鈰摻雜氧化鋅的方法，包括以下步驟：(1)將醋酸鋅或硝酸鋅與2?甲基咪唑、蒸餾水按摩爾比1：25：500混合，加入與2?甲基咪唑摩爾比為2：25的1,5?二氮雜雙環[4.3.0]壬?5?烯或1,8?二氮雜雙環[5.4.0]十一?7?烯，得到乳白色懸濁液；(2)在乳白色懸濁液中加入與鋅源質量百分比為0.5～5％的五水合醋酸鈰或六水合硝酸鈰，得到米黃色懸濁液；(3)將米黃色懸濁液轉移至反應釜，置于烘箱中120℃反應，得到淡黃色粉末狀固體；(4)將淡黃色粉末狀固體置于管式爐500℃煅燒，得到Ce/ZnO材料。本發明具有反應條件溫和、稀土鈰分散度好、Ce/ZnO形貌可控等優點。

技術領域

本發明涉及功能材料制備技術領域，特別是涉及一種制備稀土鈰摻雜氧化鋅的方法。

背景技術

氧化鋅(ZnO)是一種常見的光催化劑，在波長低于387nm的紫外光作用下，能產生羥基自由基(·OH)和超氧自由基(·O₂^–)等活性自由基，可用于光催化降解有機染料等污染物。作為一種典型的II-VI族直接帶隙n型半導體材料，ZnO室溫禁帶寬度為3.37eV，導致其對太陽光的利用率較低。此外，ZnO在光照下容易發生光生電子-空穴對的復合，從而限制了其光催化活性。因此，提高ZnO的光響應范圍，降低光生電子-空穴對的復合率，從而提高其對太陽光利用率，已成為改進ZnO材料性能的研究重點。

研究表明，通過摻雜稀土等元素制備稀土/ZnO納米材料，可以產生較多的電子能級來捕獲光生電子和空穴，從而有效抑制光生電子-空穴對的復合，已經成為提高ZnO的光催化活性的重要手段。其中，稀土鈰(Ce)元素具有不完全的4f軌道和空的5d軌道，易產生多電子組態，能有效抑制光生電子和空穴的復合，而且Ce的基態和激發態能量比較接近，能吸收部分可見光，是一種比較理想的摻雜元素。劉寶亮等以三乙醇胺為模板劑，合成出了Ce/ZnO的介孔材料，發現其在太陽光下能高效降解亞甲基藍(劉寶亮等,現代化工,2015,35:109-112)，這表明Ce/ZnO材料具有良好的光催化性能和應用前景。因此，有關稀土鈰/ZnO納米材料的制備已經成為了研究熱點。

目前，制備稀土/ZnO納米材料的方法主要有熱解法、水熱法、凝膠模板法和化學沉淀法等。上述方法一般需要在制備過程中加入表面活性或模板劑，而且操作過程相對復雜。其中，熱解法制備稀土/ZnO納米材料具有原料易得、操作簡單等優點，因此在實驗室制備稀土摻雜氧化鋅材料方面得到了廣泛的應用。熱解法制備稀土/ZnO納米材料的前驅體主要有氫氧化鋅或ZIF-8等。其中，氫氧化鋅是由Zn²⁺水溶液添加氨水或氫氧化鈉等堿性物質制備而得，ZIF-8是由Zn²⁺與2-甲基咪唑(2-MI)等咪唑基配體配位而成。目前，熱解法制備稀土/ZnO納米材料主要存在稀土元素摻雜量低、分散不均勻、容易流失等問題，這是源于在制備氫氧化鋅或ZIF-8前驅體過程中，稀土源與前驅體的相互作用較弱所造成的。因此，發現一種操作簡單、稀土元素分散均勻的稀土/ZnO材料的制備方法具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種以醋酸鋅或硝酸鋅以及2-甲基咪唑為原料、以五水合醋酸鈰或六水合硝酸鈰為稀土源、以1,5-二氮雜雙環[4.3.0]壬-5-烯或1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一-7-烯為催化劑，先自主裝形成稀土鈰摻雜的Ce/ZIF-8前驅體，再通過高溫熱解來制備稀土鈰摻雜氧化鋅的方法，具有操作簡單、反應條件溫和、稀土鈰元素分散度好、Ce/ZnO納米材料形貌可控等優點。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種制備稀土鈰摻雜氧化鋅的方法，該方法具體包括以下步驟：

(1)將醋酸鋅或硝酸鋅與2-甲基咪唑、蒸餾水按摩爾比1：25：500在室溫下攪拌混合均勻，再加入與2-甲基咪唑摩爾比為2：25的1,5-二氮雜雙環[4.3.0]壬-5-烯或1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一-7-烯，在室溫下攪拌均勻得到乳白色懸濁液；