利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法技术

一种功能材料技术领域的利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法，步骤为：１）选择新鲜生物质材料，并在戊二醛ＰＢＳ固定液中固定；２）用纯净水冲洗固定后的生物质材料，用ＨＣｌ浸泡，蒸馏水清洗数次，将生物质材料浸泡在金属Ｍ的盐溶液中；３）用纯净水清洗步骤２）得到的生物质材料，将其浸泡在金属Ｍ的盐溶液中；４）用纯净水清洗步骤３）得到的生物质材料，让其自然干燥；在氧气气氛中升温到５００－１０００℃范围内，保温后即得掺氮多孔氧化物Ｎ－Ｍ↓［Ｘ］Ｏ↓［ｙ］。本发明专利技术制得的自掺杂氮多孔氧化物不仅具有生物分级多孔结构，而且有效实现氮自掺杂，对不同波段的光波具有明显增强的捕获吸收特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氧化物材料
的制备方法，特别是一种利用生物质模板制 备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法。技术背景氧化物粉体在光催化、发光材料、磁性材料、电磁波屏蔽和吸收材料、电子器件、 染料等领域有广泛的用途。特别是在光催化领域，根据氧化物种类的不同，可在紫外 线、可见光、红外线区域呈现出独特的屏蔽和吸收特性，具有良好的光功能活性。随 着氧化物材料制备技术的不断发展和成熟，人们可以制备出不同粒径、不同组分、不 同结构的各种类型的氧化物。经对现有技术的文献检索发现，围绕氧化物的制备方法，有不少文献报道，如中 国专利CN1559671，名称为"多孔二氧化钛的制造方法"。该专利的技术特点在于提 供一种利用二氧化钛悬浮液中化学成分的作用，使二氧化钛牢固地负载在多孔性颗粒上的制造方法先选取下列物质按各自重量配比进行充分混合，制成二氧化钛悬浮液 纳米二氧化钛；聚烷基硅氧烷；聚丙烯酸酯；水。将多孔性颗粒如多孔硅胶、多孔性 磷灰石、多孔陶瓷或多孔性氧化铝中的一种或几种浸在上述二氧钛悬浮液中，进行充 分浸渍；或者将二氧化钛悬浮液喷涂在多孔颗体表面，最后将处理后的多孔颗粒烘干。 该技术可以得到多孔二氧化钛但是该技术得到的多孔材料不能实现氮惨杂，限制了产 物光电磁等方面的性能及应用，而且该方法对于制备其他种类的氧化物并不具有通用性。再如中国专利CN1565721，名称为"一种氮掺杂型二氧化钛可见光催化剂的制备 方法"。该专利的技术特点在于将钛酸酯、水解催化剂、稀释剂置于反应器中，在紫外 灯照射下反应数小时，然后将铵盐水溶液加到反应器中，继续反应，得到溶胶；挥发 溶剂，得到钛凝胶后在50 20(TC的空气氛中干燥1 3小时即可。该技术采用溶胶凝 胶的方法，可以得到氮掺杂型二氧化钛粉体，但是该技术得到的氮掺杂型二氧化钛粉体不具有多孔的特征，同时需要从外界引入氮源，工艺相对复杂。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足和缺陷，提供一种利用生物质模板制备自惨杂氮分级 多孔氧化物的方法，使制得的氧化物粉体不仅具有生物分级多孔结构，而且有效实现 氮自掺杂，对不同波段的光波具有明显增强的捕获及吸收特性。同时原料来源广，成 本低廉，工艺相对简单。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术充分利用天然植物叶片所具有的分 级多孔精细结构和叶绿体纳米层状结构，天然植物果实所具有的多孔结构及成型特点； 利用生物质所固有的丰富的非金属元素N、 C等，通过前驱体在生物质结构中的浸渍、 组装及烧制，制备得到具有生物质分级多孔精细结构并自掺杂氮的氧化物功能材料。本专利技术方法包括如下步骤第一步，选择新鲜生物质材料，并将生物质材料在戊二醛PBS固定液中固定数小时；所述生物质材料在戊二醛PBS固定液中4'C下固定12小时-24小时。所述戊二醛PBS固定液，是PBS :戊二醛重蒸水按体积比50 : 8 : 42配制而成，其中PBS指21. 8g无水磷酸氢二钠 ， 6. 4g无水磷酸二氢钠 ， 180g 氯化钠，溶解在1000ml纯净水中，并用氢氧化钠调节PH值到7. 2，配制得到 的溶液。第二步，用纯净水冲洗固定后的生物质原料，用HC1浸泡数小时后，用蒸馏水 清洗数次，将生物质浸泡在金属M的盐溶液中100。C-13(TC下保温数小时；所述用HC1浸泡，是HC1浸泡3小时-12小时，其中HC1体积浓度为5%-10%。 用HC1浸泡生物质材料是为了除去生物质原料中本身含有的金属离子。所述保温，其时间为3小时-24小时。第三步，用纯净水清洗第二步中处理过的生物质材料，将其浸泡在金属M的盐 溶液中室温下保温数小时；所述保温，其时间为24小时-120小时。第四步，用纯净水清洗第三步中处理过的生物质材料，使其自然干燥；第五步，再进一步将第四步中处理过的生物质材料在氧气气氛中升温到500°C -IOO(TC范围内，保温数小时后即得到具有生物质形态的掺氮多孔氧化物N-Mx0y材料。 其中M为金属Ti、 Zn、 Ce、 Cu、 Al、 Sn、 Y、 Mn、 Zr、 Cr、 Fe、 Ni、 Co、 La、 Pb、 Pd、 Ru、 Sr、 In、 Ga、 Bi或非金属Si中的一种，X为1， 2或3中的一个，Y为l， 2， 3 或4中的一个。所述升温，其速度为rc-2oxv分钟。所述保温，其时间为1小时-5小时。所述的生物质材料，指植物叶片和植物果实中的一种，其中植物叶片指C4植物 玉米、甘蔗、高粱、黍、粟、狗尾草叶片，C3植物小麦、水稻、棉花、黄豆、大豆、 豌豆、扁豆、蚕豆、樟树、夹竹桃或枫树叶片中的一种；植物果实指大米、小米、黑 米、黄豆、大豆、豌豆、瓜子或核桃中的一种。所述的金属M的盐，指金属M的硝酸盐、氯化盐、乙酸盐或醇盐中的一种，尤指 硝酸锌、硝酸铈、硝酸铜、硝酸铝、硝酸钇 、硝酸锰、硝酸锆、硝酸铬、硝酸铁、 硝酸镍、硝酸钴、硝酸镧、硝酸锡、硝酸铅 、硝酸钯、硝酸钌、硝酸锶、硝酸铟、 硝酸镓、三氯化钛、氯化铈 、氯化铜、氯化铝、四氯化锡、氯化锰 、氯化锆、氯化铬、氯化铁、氯化亚铁、氯化镍 、氯化铅、氯化钯、氯化钌 、氯化锶、氯化铟、氯化镓、氯化铋、乙酸锌、乙酸铈、乙酸铜、乙酸铝、乙酸钇、乙酸锰、乙酸锆、乙酸铬 、乙酸亚铁、乙酸铁、乙酸镍、乙酸钴、乙酸镧、乙酸铅、乙酸 钯、乙酸钌、乙酸锶、乙酸铟、乙酸镓、乙酸铋、钛酸四丁酯或正硅酸乙酯中的一种。所述的掺氮多孔氧化物N-MxOy，指N-Ti02、 N-ZnO、 N-Ce02、 N-CuO、 N-A1203、 N-Sn02、 N-Y203、 N-MnO、 N-Mn02、 N-Zr02、 N-CrA、 N-FeO、 N-Fe203、 N-FeA、 N-NiO、 N-Ni203、 N-Co304、 N-LaA、 N-PbO、 N-Pb02、 N-PdO、 N-Pd02、 N-Ru02、 N-Ru04、 N-SrO、 N-Sr02、 N-InA、 N-Ga203、 N-BiA或N-Si02中的一种。本专利技术基于以下原理天然生物质材料，如植物叶片其内部具有微米级至纳米级 即独特的分级多孔精细结构和叶绿体纳米级片层结构，可最大效率地捕获光能进行光 合作用；又如植物果实具有成型的宏观结构，其内部也具有生物分级多孔结构。同时 生物质材料本身固有丰富的非金属元素如N、 C等，为实现非金属元素自掺杂提供有效 的途径。本专利技术以生物质材料植物叶片、植物果实为模板，继承其分级多孔精细结构， 变异其组分，实现结构和功能的同步遗传。本专利技术通过生物质材料的选择、控制工艺以及热分解温度条件，可以获得具有生 物质精细结构的自掺杂氮分级多孔氧化物材料。本专利技术采用成本低廉、来源广泛的植 物叶片和植物果实为模板，经过一定条件下金属M的盐溶液浸渍处理和氧化烧成处理， 即得到成分组成化学式为N-MxOy的分级多孔氧化物材料，工艺简单，通用性强。本发 明采用生物质材料为模板制备的自掺杂氮分级多孔氧化物材料可以应用于电磁波吸收 /屏蔽领域、光催化、光电子器fr、太阳能电池等前沿领域。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的 实施例。实施例一选取C4植物叶子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，选择新鲜生物质材料，并将生物质材料在戊二醛ＰＢＳ固定液中固定数小时；第二步，用纯净水冲洗固定后的生物质原料，用ＨＣｌ浸泡数小时后，用蒸馏水清洗数次，将生物质浸泡在金属Ｍ的盐溶液中１００℃－１３０℃下保温数小时；第三步，用纯净水清洗第二步中处理过的生物质材料，将其浸泡在金属Ｍ的盐溶液中室温下保温数小时；第四步，用纯净水清洗第三步中处理过的生物质材料，使其自然干燥；第五步，再进一步将第四步中处理过的生物质材料在氧气气氛中升温到５００℃－１０００℃范围内，保温数小时后得到具有生物质形态的掺氮多孔氧化物Ｎ－Ｍ↓［Ｘ］Ｏ↓［ｙ］材料，其中：Ｍ为金属Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｙ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂｉ或非金属Ｓｉ中的一种，Ｘ为１，２或３中的一个，Ｙ为１，２，３或４中的一个。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范同祥，周涵，李煦凡，张荻，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]