一种Ga0/Ga制造技术

本发明专利技术公开了一种Ga0/Ga

【技术实现步骤摘要】
一种Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光催化降解领域，具体涉及一种以液态金属为前驱体制备的Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂材料及方法。

技术介绍

[0002]随着经济的不断发展和工业化程度的加深，染料在化工，纺织，医疗和食品等行业被大量使用，导致工业废水中往往含有大量有机染料，这些废水如果不能被妥善处理的话，会对环境造成不可挽回的损坏。
[0003]光催化是指当半导体光催化剂受到大于其带隙能量的光照射时，会激发出光生电子
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空穴对，一部分电子
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空穴对会发生复合，而另一部分则会与吸附在材料表面的氧和羟基(
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OH)等受体发生反应，形成具氧化性的ROS，进而达到降解有机染料等环境净化的目的。目前，锐钛矿相的TiO2由于其优秀的光催化特性，无毒，相对廉价以及良好的生物相容性一直作为绿色环保型催化剂在水环境净化处理，大气污染治理，抗菌材料中有着广泛应用。但由于其禁带宽度(E
g
＝3.2eV)较宽，只能响应波长小于400nm的紫外光，对可见光响应不高。同时其量子效率过低，在其晶体中光生电子极易与光生空穴复合，导致光催化效率进一步降低。这些都导致了其难以被利用。因此对其改性以提高其光催化活性成为该技术能否得到推广的关键因素之一。
[0004]利用金属表面等离子体效应已被被证实可以促进TiO2的光催化活性。金属表面等离子体效应改性TiO2材料，铂、金和银是使用最广泛的金属，因为它能够与TiO2载体产生强烈的相互作用。建立金属/TiO2异质结会改变半导体上的电荷转移过程，使光生电子
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空穴分离，延长光生电子的寿命。然而以金、银、铂等贵金属纳米颗粒改性TiO2催化剂的制备方法是以相应的金属盐溶液为金属源，再通过还原制备金属纳米颗粒，整个制备过程成本较高，制备工艺相对复杂，不适用于大规模应用生产。
[0005]为了解决上述问题人们将目光转移到了过渡金属上，例如Cu，Fe，Ni等，但目前所使用的过渡金属改性TiO2在催化性能上无法与贵金属改性相比，同时为了防止过渡金属氧化，所以制备的过程更加复杂苛刻。
[0006]因此，亟需进一步拓展TiO2改性金属种类。根据肖特基结的形成原理后过渡金属镓也可以与TiO2形成异质结改变TiO2上的电荷转移过程从而提升催化性能。但目前对于镓人们主要是采用Ga
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掺杂的方式对TiO2进行改性，其主要是利用Ga
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作为电子陷阱降低TiO2的禁带宽度从而达到改性的目的。但没有利用金属镓与TiO2形成异质结从而提高催化活性的方法。
[0007]鉴于金属镓以及镓基合金由于极低的熔点而在室温下呈现液态。与金属汞相比镓基合金的饱和蒸气压极低从而导致镓以及镓基合金的毒性较低。同时，低熔点赋予了镓和镓基合金其它金属所欠缺的自愈特性。液态金属由于其本身的富电子体和独特的界面，使得其具有非凡的催化活性，这些特点使得金属镓和镓基金属有着更广泛的应用。
[0008]综上，本专利技术提供了一种以液态金属为原料的Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂的制备
方法。通过该方法本专利技术引入的镓元素既以金属单质的形式负载在TiO2晶粒上，也同时在TiO2晶格中以金属离子形式存在。

技术实现思路

[0009]本专利技术提出了一种以液态金属为原料的Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂的制备方法，通过将聚乙烯亚胺，钛酸四丁酯，冰醋酸与液态金属在玛瑙研钵中简单研磨，再经过高温煅烧得到Ga0/Ga
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TiO2复合材料。另外，此方法制备的Ga0/Ga
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TiO2与此方法制备的未改性的介孔纯TiO2相比有比表面积可以随着液态金属掺杂量的不同而提高60％～150％、孔体积可以提升5％～40％。通过此工艺制备的Ga0/Ga
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TiO2金属元素可以单质形式嵌入或附着在TiO2孔壁或晶粒表面，有效的防止介孔的坍塌与收缩，并促进光生电子
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空穴的分离，使催化活性提高，部分液态金属可以以金属离子掺杂的形式改善锐钛矿相TiO2晶体的电子结构，从而能够显著提升材料的光催化活性。
[0010]进一步讲本专利技术所使用的的液态金属包括但不局限于金属镓和镓基合金。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种以液态金属为原料的Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂的制备，包括如下步骤：
[0012]步骤一：设计合金配方，确定合金中各金属比例。
[0013]步骤二：根据步骤一中确定的配方称取各个金属。
[0014]步骤三：将步骤二中称取的金属放入箱式炉中，氩气气氛下300～500℃，保温3～6h后，随炉冷却后取出。
[0015]步骤四：将液态金属与水按1～3mg/ml的比例混合。
[0016]步骤五：将步骤四得到的液态金属与水的混合物超声分散30～60min，超声功率为100
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800W。
[0017]步骤六：将步骤五中超声后的样品离心收集并冷冻干燥。
[0018]步骤七：将步骤六中干燥后的金属和聚乙烯亚胺放在玛瑙研钵中，30℃以上温度加热研磨初步分散。
[0019]步骤八：量取1～2ml冰醋酸和2～4ml钛酸四丁酯依次加入通过步骤七得到的混合物中。
[0020]步骤九：将通过步骤八得到的混合物延一定方向研磨3～10min。
[0021]步骤十：将通过步骤九得到的胶状物转移到反应釜中，加热保温。
[0022]作为上述技术方案的改进，所述步骤十中加热温度为100～200℃，保温12～16h。
[0023]步骤十一：将步骤十得到的固体用乙醇洗涤，并干燥。
[0024]步骤十二：将通过步骤十一得到的固体在管式炉中空气气氛下加热并保温。自然冷却后得到介孔结构的LM/TiO2光催化材料。
[0025]作为上述技术方案的改进，所述步骤十二中管式炉温度参数为以小于5℃/min的速率升温到300～550℃并保温2～5h。
[0026]本专利技术的基本原理是带有正电荷的聚乙烯亚胺分子可以与液态金属的氧化物表面强烈的结合，并且由于静电作用可以有效的防止分散的液态金属重新聚合。而聚乙烯亚胺分子可以与低聚钛分子之间形成氢键网络，在后续的处理过程中，聚乙烯亚胺被除去，低聚肽分子形成高度结晶的锐钛矿相TiO2，原聚乙烯亚胺的分子处形成均匀的介孔结构。金
属元素以单质形式嵌入或附着在TiO2孔壁或晶粒表面，此外Ga元素部分氧化以离子态掺杂进TiO2晶格中，实现Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂的制备。
[0027]本专利技术利用简单易得的原料，且工艺简单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂，其特征在于以液态金属为原料制备M0/M
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TiO2复合催化剂，其中M代表Ga等低熔点液态金属，液态金属元素的赋存形式分别为单质和离子态。2.根据权利要求1所诉的一种Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂，其特征在于M0/M
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TiO2复合催化剂中金属元素可以单质形式嵌入或附着在TiO2孔壁或晶粒表面，有效的防止介孔的坍塌与收缩，并促进光生电子
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空穴的分离，使催化活性提高。3.根据权利要求1所诉的一种Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂，其特征在于M0/M
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TiO2复合催化剂中金属元素可以离子态的形式掺杂至TiO2晶格中，从而Ga
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作为电子陷阱降低TiO2的禁带宽度从而达到提高催化活性。4.根据权利要求1所诉的一种Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂，其特征在于液态金属与TiO2共同构成了介孔的孔壁，使其比表面积可以随液态金属掺杂量的改变达到100～270m2/g，孔体积可以达到0.270～0.320cm3/g。5.一种Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为将液态金属与TiO2前驱体通过简单研磨，后高温煅烧，使TiO2高度结晶后得到液态金属改性的TiO2光催化材料。6.如权利要求5所述的一种Ga0/Ga
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TiO2复合光催化剂的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：高钱，窦浩然，李宏鑫，石洁，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：