[發(fā)明專利]一種具有p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911023997.1
• 申請(qǐng)日: 2019-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110721695A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉虎;潘朵;蘇鳳梅;栗乾明;郭占虎;劉春太
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/825
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/825;B01J23/755;C02F1/30
• 代理公司: 41117 鄭州紅元帥專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 黃龍

本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以三元類(lèi)水滑石作為前驅(qū)體原料合成具有p?n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的方法。以三種過(guò)渡金屬鹽為原料先制備獲得含三種不同過(guò)渡金屬元素的三元類(lèi)水滑石，再以所述三元類(lèi)水滑石作為前驅(qū)體進(jìn)行煅燒，獲得所述具有p?n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法。本發(fā)明制得的三元復(fù)合金屬氧化物材料綜合了三種不同金屬元素半導(dǎo)體氧化物各自優(yōu)異的性能，尤其之間特殊的p?n異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了電子和空穴有效的分離，使其在光（電）催化降解污染物領(lǐng)域具有極佳的應(yīng)用前景。本發(fā)明原料來(lái)源廣泛，合成工藝和原理簡(jiǎn)單，成本投資少，為降解處理水污染領(lǐng)域提供了新的途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以三元類(lèi)水滑石作為前驅(qū)體原料合成具有p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的方法。

背景技術(shù)

類(lèi)水滑石是一種二維陰離子型材料，又稱為層狀雙羥基金屬氫氧化物（LayeredDouble Hydroxides），簡(jiǎn)稱LDHs。其結(jié)構(gòu)通式為[M²⁺_1-xM³⁺_x (OH)₂]^x+A ^n-_x/n·mH₂O，其中M²⁺和M³⁺分別為層板上的二價(jià)和三價(jià)金屬陽(yáng)離子；A^n-為具有交換性的水滑石層間陰離子補(bǔ)償電荷；x為M²⁺/(M²⁺+M³⁺)的摩爾比值；m為層間水分子的數(shù)量。LDHs因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了水滑石具有熱穩(wěn)定性、酸堿性、層間陰離子的可交換性、記憶效應(yīng)和催化性等一些獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)。類(lèi)水滑石獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，且隨著各種學(xué)科的交叉發(fā)展，使其在光（電）催化、吸附、醫(yī)藥和阻燃等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

P型半導(dǎo)體為空穴摻雜型半導(dǎo)體，n型半導(dǎo)體為電子摻雜性半導(dǎo)體，當(dāng)n型半導(dǎo)體摻雜區(qū)和p型半導(dǎo)體摻雜區(qū)緊密接觸時(shí)，在其空間電荷界面處形成p-n異質(zhì)結(jié)區(qū)。當(dāng)光生電子和空穴在p-n復(fù)合半導(dǎo)體的能帶之間移動(dòng)時(shí)，電子擴(kuò)散在復(fù)合半導(dǎo)體的界面附近引起空間電位差，從而形成從n型半導(dǎo)體到p型半導(dǎo)體方向的自建電場(chǎng)。在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力作用下，光生電子容易從較低的能帶遷移到較高的導(dǎo)帶，光生空穴更有可能從較高的價(jià)帶移動(dòng)到較低的價(jià)帶，從而實(shí)現(xiàn)電子和空穴有效的分離。如何更好的利用上述性質(zhì)制備具有p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物是本領(lǐng)域技術(shù)人員一直研究的方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法，所述方法以三元類(lèi)水滑石作為前驅(qū)體原料，能夠發(fā)揮三種不同金屬元素半導(dǎo)體氧化物各自優(yōu)異的性能，而且之間特殊的p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)使其在光（電）催化降解污染物領(lǐng)域具有極佳的應(yīng)用前景。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種具有p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法，以三種過(guò)渡金屬鹽為原料先制備獲得含三種不同過(guò)渡金屬元素的三元類(lèi)水滑石，再以所述三元類(lèi)水滑石作為前驅(qū)體進(jìn)行煅燒，獲得所述具有p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物。

其中，獲得三元類(lèi)水滑石的過(guò)程為：以三種過(guò)渡金屬鹽固體為原料，與堿溶液混合溶解，然后利用水熱法在堿性環(huán)境下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)制備含三種不同過(guò)渡金屬元素的三元類(lèi)水滑石。

然后將三元類(lèi)水滑石前驅(qū)體放入馬弗爐中，采用程序升溫的方法使升溫速率為2～5℃/min，升溫至400～600℃后煅燒4h得到含p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物。

優(yōu)選的，所述的三種不同過(guò)渡金屬元素對(duì)應(yīng)的最高金屬離子價(jià)態(tài)同時(shí)包含二價(jià)和三價(jià)，且三種不同過(guò)渡金屬元素對(duì)應(yīng)的氧化物中既包含p型半導(dǎo)體，也包含n型半導(dǎo)體。更優(yōu)選的，所述的過(guò)渡金屬元素選自鐵、鈷、鎳、銅、鋅或銦。