[發(fā)明專利]一種稀土鈰摻雜納米二氧化鈦材料制備和應(yīng)用

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• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113083278A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳燕鑫;王天明;盧燦忠
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門稀土材料研究所;福建師范大學(xué)
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J37/03;C01B3/04
• 代理公司: 福州智理專利代理有限公司 35208
• 代理人: 王義星

本發(fā)明公開一種稀土鈰摻雜納米二氧化鈦材料制備和應(yīng)用，包括如下步驟:配制溶液A：將鈦酸四丁酯與無水乙醇均勻混合獲得溶液A；配制溶液C：將六水硝酸鈰溶于超純水中制得不同濃度的硝酸鈰水溶液，并向其中加入預(yù)先配好的冰醋酸/無水乙醇混合液，獲得溶液C；將溶液C緩慢逐滴滴入溶液A，其中Ce和Ti的元素比不低于1:200，滴加速度不高于2秒/滴，后獲得凝膠狀物；將獲得的凝膠狀物置于不高于600℃度馬弗爐中煅燒，制得經(jīng)稀土鈰改性后的納米二氧化鈦材料。本發(fā)明采用簡單的一鍋溶膠凝膠法，能大規(guī)模合成所需要的粉體光催化/光電催化材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種稀土鈰摻雜納米二氧化鈦材料，具體涉及稀土鈰摻雜納米二氧化鈦材料的合成方法及其在光催化/光電催化制氫中的應(yīng)用，屬于能源與環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

如今，我們面臨著環(huán)境和能源的雙重挑戰(zhàn)。太陽能提供最豐富，取之不盡的可再生和清潔能源，為未來的能源需求解決燃眉之急。太陽能可通過光催化/光電催化制氫技術(shù)轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫儲(chǔ)能，光催化劑在轉(zhuǎn)化過程中起著關(guān)鍵作用，而新型高效催化劑的開發(fā)也越來越受到科學(xué)家們的關(guān)注。

TiO₂具有優(yōu)良的光催化活性，成本較低，對環(huán)境友好，無毒以及良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)性能，更重要的是，TiO₂擁有合適的禁帶能級用于光催化及光電催化水解，是一種理想的光電極半導(dǎo)體材料。稀土元素具有豐富的能級結(jié)構(gòu)，鑭系稀土元素的能級結(jié)構(gòu)為階梯狀的分布，這一特性讓其擁有優(yōu)異的光、電、磁和催化性能。稀土催化材料在資源豐度、成本、制備工藝以及性能等方面都具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，可用于取代稀有金屬和貴金屬作為改性催化劑的重要原材料。目前不僅大量用于汽車尾氣凈化，還擴(kuò)展到工業(yè)有機(jī)廢氣處理、室內(nèi)空氣凈化、二氧化碳還原以及固氮等領(lǐng)域。因此，稀土催化材料在環(huán)保領(lǐng)域，特別是在有毒、有害氣體的凈化方面，具有巨大的應(yīng)用市場和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：解決了二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋?光電催化劑僅對太陽光中的紫外光譜部分響應(yīng)的難點(diǎn)，將對光譜的吸收范圍拓寬至可見光區(qū)域，同時(shí)提升了光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明制備了稀土摻雜至二氧化鈦晶格中的納米粉體顆粒，方法簡單，造價(jià)低廉，產(chǎn)率高，可大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明使用一鍋溶膠凝膠法獲得納米二氧化鈦及其鈰摻雜粉體材料，采用如下技術(shù)方案：

一種納米二氧化鈦材料的制備方法，按以下步驟完成:

（1）制取溶膠步驟，首先配制溶液A：鈦酸四丁酯與乙醇均勻混合不低于1:4，不低于30分鐘機(jī)械攪拌后靜置。配制溶液B：向超純水中加入冰醋酸充分混合其中冰醋酸與鈦酸四丁酯體積比不高于2:3。之后后加入無水乙醇，其中與鈦酸四丁酯的體積比不低于1:4，機(jī)械攪拌不低于30分鐘。

（2）獲得凝膠步驟：將溶液B滴入溶液A，速度不高于1秒每滴，滴入的同時(shí)劇烈攪拌不低于2h，靜置不低于4h后，烘干時(shí)間不低于10h至凝膠狀

（3）獲得純納米二氧化鈦步驟：置于不高于600度馬弗爐中煅燒，煅燒條件為不高于3℃/min的升溫速度，保溫時(shí)間不低于5小時(shí)。

一種稀土鈰改性納米二氧化鈦材料的制備方法，按以下步驟完成:

（4）制取溶膠步驟，首先配制溶液A：鈦酸四丁酯與乙醇按照體積比為不低于1:4均勻混合，不低于30分鐘機(jī)械攪拌后靜置。配制溶液C：將六水硝酸鈰溶解至超純水中其中水和鈦酸四丁酯體積比不高于1:1，向混合液中加入冰醋酸與無水乙醇，體積比為不高于3:8進(jìn)行的充分混合；其中Ce和Ti的元素比不低于1:200，機(jī)械攪拌不低于30分鐘；

（5）獲得凝膠步驟：將溶液C滴入溶液A，速度為不高于1秒每滴，滴入的同時(shí)劇烈攪拌不低于2h，靜置不低于4h后，烘干時(shí)間不低于10h至凝膠狀

（6）獲得稀土鈰改性納米二氧化鈦材料步驟：置于不高于600度馬弗爐中煅燒，煅燒條件為不高于3℃/min的升溫速度，保溫時(shí)間不低于5小時(shí)。