一种镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体材料制备方法技术

本发明专利技术涉及一种镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体光催化剂材料的制备方法。将氧化锌的前驱体加入到乙二醇独甲醚溶液中搅拌均匀；随后加入钛前驱体、镓前驱体和乙醇胺，水浴搅拌下反应后室温静置得到淡黄色胶体；将黄色胶体经鼓风干燥得到深黄色粘稠胶体；将深黄色粘稠胶体置于马弗炉中退火后随炉冷却，研磨得到镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体。本发明专利技术采用溶胶凝胶法制备镓钛共掺杂氧化锌，制备方法中使用的氧化锌的前驱体材料为市售的醋酸锌。本发明专利技术反应条件温和且易于控制，合成的氧化锌组成均匀，纯度高，可精确控制镓钛金属离子在主体氧化锌晶格中的掺杂量，制备出不同离子掺杂量的氧化锌纳米粉体。粉体。

【技术实现步骤摘要】
一种镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体材料制备方法


[0001]本专利技术属于掺杂氧化锌的纳米材料制备技术及催化应用领域，具体涉及一种以溶胶凝胶法制备的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体光催化剂材料以及该材料在光催化降解废水中的有机染料方面的应用。

技术介绍

[0002]随着时代的发展，越来越多的有机染料和抗生素被用于服装印染和医药。然而，大多数染料和抗生素含有许多难以降解的官能团，会对人体造成伤害。因此，工业生产中大量未经处理的含有染料和抗生素的废水会造成严重的环境污染，威胁人类健康。阴离子染料如甲基橙(MO)、刚果红(CR)、和甲基蓝(MB)等，对人体健康危害极大，如恶心、昏迷、智力低下，甚至致癌。染料分子中的强芳香环很难用物理和化学方法处理。找到一种有效的染料降解方法是非常重要的。因此，人们研究了各种废水处理方法，如吸附、离子交换、膜分离、光催化、混凝、反渗透等。半导体多相光催化是去除废水中有机染料的一种很好的技术。作为一种环境友好、低成本、可持续发展的技术，它具有巨大的潜力。
[0003]纳米氧化锌粉体(NP)是上述半导体材料中的一种，由于其优异的性能和在光催化领域的广泛应用，在众多半导体材料中脱颖而出。氧化锌价格低廉、氧化还原电位合适、无毒、物理化学稳定性高，ZnO作为光催化剂在使用中存在一些问题：（i）氧化锌的禁带宽度为3.37 eV，结合能大(60 eV)，紫外光（仅占太阳光3%）吸收比例高，可见光吸收比例低。（ii）光生电子空穴对易复合，载流子迁移效率低下，导致半导体/液体界面发生的化学反应延迟；（iii）氧化锌在辐照下具有很高的光腐蚀性。因此光催化效果并不佳。掺杂已被广泛应用为通过有效降低半导体的带隙能量来增强其电子导电性和拓宽其光谱的最有效方法之一，通过金属元素掺杂，可以在价带（VB）和导带（CB）之间建立中间能级，从而减小禁带宽度，实现对可见光波段的响应从而有效提高光催化活性。

技术实现思路

[0004]为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种镓钛共掺杂氧化锌(以下简称GTZ)纳米粉体制备方法。并将其应用于光催化降解废水中的有机染料。通过溶胶凝胶法得到GTZ纳米粉体材料, 其制备方法简单，所制得的材料可见光响应范围得到拓宽，光生电子
‑
空穴对复合率得到抑制，光催化降解废水中有机污染物的效率得到提高，如亚甲基蓝。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：本专利技术所述的GTZ纳米粉体制备方法包括以下几个步骤：S1:将氧化锌的前驱体加入到乙二醇独甲醚溶液中搅拌均匀；S2:随后加入钛前驱体、镓前驱体和乙醇胺，50
‑
60℃水浴搅拌下反应2
‑
3h后室温静置得到胶体溶液；S3:将胶体溶液经鼓风干燥得到粘稠胶体；
S4:将深黄色粘稠胶体在350
‑
550℃退火2
‑
3h后随炉冷却，研磨得到镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体。
[0006]所述的氧化锌的前驱体包括醋酸锌、或硝酸锌。镓前驱体包括硝酸镓。钛前驱体包括酞酸丁酯。
[0007]所述步骤S2中：镓、钛、锌金属离子摩尔比为0.01
‑
0.025：0.005
‑
0.02：0.9
‑
1.0。
[0008]所述步骤S2中：乙醇胺的加入量与镓钛锌总金属离子摩尔比为1:0.8
‑
1.5(作为优选方案，乙醇胺与金属离子摩尔比为1:1）。
[0009]作为优选方案中，步骤S4中退火温度为500℃，升温速率为5℃/min，保温时间2h。
[0010]采用本专利技术的技术方案制备得到的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体材料在光催化降解废水中亚甲基蓝的应用。
[0011]本专利技术具有以下优点：本专利技术制备方法中使用的氧化锌的前驱体材料为市售的醋酸锌，来源充足，成本低廉，产量高，可量产。采用溶胶凝胶法制备镓钛共掺杂氧化锌，这种方法区别于其他方法，成本低廉，反应条件温和且易于控制，操作简单，合成的氧化锌组成均匀，纯度高，可精确控制镓钛金属离子在主体氧化锌晶格中的掺杂量，制备出不同离子掺杂量的氧化锌纳米粉体。
[0012]Ga的离子半径为0.62
ꢀÅ
，共价半径为1.26
ꢀÅ
，最接近Zn的离子半径(0.74和1.31
ꢀÅ
)。此外，Ga
‑
O的共价键长度(1.92
ꢀÅꢀ
)与Zn
‑
O的共价键长度(1.97
ꢀÅ
)相似，这使得ZnO的晶格畸变较小。因此，Ga原子更容易进入ZnO基体，适当的掺杂可以减小ZnO的晶粒尺寸，扩大比表面积，改变能带结构，减小禁带宽度，提高可见光利用率，降低光生电子空穴对的复合速率。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明现有技术中的技术方案或本专利技术实施例，下面将对现有技术或实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0014]图1为本专利技术制备的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体的XRD谱图示意图。
[0015]图2为各实施例制得的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体材料的SEM图，其中，（a）为实施例1、（b）为实施例2、（c）为实施例3、（d）为实施例4、（e）为实施例5、（f）为实施例6制备的不同材料的SEM图。
[0016]图3为实施例4制得的镓钛共掺杂氧化锌的TEM图（a）和HRTEM图（b）。
[0017]图4为各实施例制得的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体材料的UV
‑
Vis图谱（a）和光学带隙图谱（b）。
[0018]图5为各实施例制得的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体材料的PL图谱。
[0019]图6为各实施例制得的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体材料的光催化降解亚甲基蓝活性图。
具体实施方式
[0020]下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出
创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例都属于本专利技术保护的范围。
[0021]一种镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体材料制备方法，包括以下几个步骤：S1:将醋酸锌加入到乙二醇独甲醚溶液中搅拌30min；S2:随后加入钛酸丁酯、硝酸镓和乙醇胺稳定剂，稳定剂与镓钛锌总金属离子摩尔比为1:1，60℃水浴搅拌下反应2h后室温静置24h得到淡黄色胶体；S3:将黄色胶体经80 ℃鼓风干燥5 h得到深黄色粘稠胶体；S4:将深黄色粘稠胶体置于马弗炉中，以5 ℃/min的升温速率升温至500 ℃退火2 h后随炉冷却，研磨得到镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体。
[0022]实施例1S1:称取0.03 mol醋酸锌加入到30 ml乙二醇独甲醚溶液中搅拌30 min；S2:随后加入0.03 mol乙醇胺，60℃水浴搅拌下反应2 h后室温静置24 h得到胶体溶液；S3:将胶体溶液放置于鼓风干燥箱中于80 ℃干燥5 h得到粘稠胶体；S4:本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:将氧化锌的前驱体加入到乙二醇独甲醚溶液中搅拌均匀；S2:随后往S1步骤中加入钛前驱体、镓前驱体和乙醇胺，水浴下搅拌反应后室温静置得到胶体溶液；S3:将胶体溶液经鼓风干燥得到粘稠胶体；S4:将粘稠胶体在350
‑
550℃退火2
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3h后随炉冷却，研磨得到镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体。2.根据权利要求1所述的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体制备方法，其特征在于，所述的氧化锌的前驱体包括醋酸锌、或硝酸锌。3.根据权利要求2所述的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体制备方法，其特征在于，所述的镓前驱体包括硝酸镓。4.根据权利要求3所述的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体制备方法，其特征在于，所述的钛前驱体包括钛酸丁酯。5.根据权利要求4所述的镓钛共掺杂氧化锌纳米粉体制备方法，其特征在于，所述步骤S2的混合体系中：镓、钛、锌金属离子摩尔比为0.01
‑
0.025：0.005
‑
0.02：0...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宜华，郭进，骆秋子，陈哲，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：