專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬氧化物納米材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬氧化物納米材料，屬于納米材料制備和應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光催化劑作為一種催化材料，可以利用光能，在光照下降解有機(jī)物，達(dá)到 凈化環(huán)境的目的。近年來(lái)，隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越 嚴(yán)重，光催化劑的研究也成為了研究的熱點(diǎn)。目前已經(jīng)制備了多種光催化劑， 主要有氧化物(如二氧化鈦、氧化鋅、二氧化錫等)、硫化物(如硫化鋅、硫化鎘
等)、多元氧化物(如Bi2W06， ZnSn03、 BiV04等)及其復(fù)合物。
要提高光催化劑的活性，主要在于提高催化劑對(duì)光子的吸收率以及減少電 子空穴對(duì)的復(fù)合從而提高光子的利用率。目前，運(yùn)用的方法主要是通過(guò)摻雜、 表面改性以及幾種材料復(fù)合等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中應(yīng)用最廣的是復(fù)合的方法。通 過(guò)幾種不同材料的復(fù)合，不同材料之間的偶合作用可以使得光激發(fā)產(chǎn)生的電子 和空穴對(duì)分離，提高光子的利用率從而提高催化劑的光催化活性。目前已經(jīng)制 備了多種復(fù)合光催化劑，如Ti02/C、 Zn0/Sn02等。但是復(fù)合材料的制備工藝 相對(duì)復(fù)雜，成本較高，這也限制了它的應(yīng)用。
隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，納米材料的研究也越來(lái)越深入。納米材料具有 大的比表面積，可以提供更多的活性位置，在催化領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。目 前已經(jīng)制備了多種具有納米結(jié)構(gòu)的光催化劑，納米光催化劑表現(xiàn)出了大大高于 普通光催化劑的活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的光催化劑是將氧化鋅納米材料和二氧化錫納米材料以質(zhì)量比混 合，混合物中氧化鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%_50%，得到的混和物具有高效的光催化 性能，混和物由氧化鋅和二氧化錫微米球組成，微米球的直徑為0.2至3微米， 微米球由直徑10-100納米棒和/或直徑5-50納米顆粒組裝而成。
本發(fā)明的制備方法是以水和一種低級(jí)一元醇(如甲醇、乙醇、異丙醇等)的混合液作為溶劑，所述混合溶劑中醇的體積分?jǐn)?shù)為20%-60%。選取一種表面活性 劑(如十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇、或者聚乙烯吡咯烷酮等)為分散劑，其 濃度為0.01—1摩爾/升；以鋅和錫的可溶性金屬鹽(如鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽 和醋酸鹽等)和強(qiáng)堿(堿金屬和堿土金屬的氫氧化物例如氫氧化鈉和氫氧化鉀)為原料，在室溫下形成均勻的透明溶液?？扇苄?xún)尚越饘冫}的濃度為O.Ol — l摩 爾/升，強(qiáng)堿的濃度為0. 5 — 5摩爾/升。然后再選取一種有機(jī)弱酸酯(如乙酸乙酯、 乙酸甲酯、甲酸乙酯或者甲酸甲酯等)作為反應(yīng)物，其濃度為0.5 — 5摩爾/升。 將有機(jī)弱酸酯與上述透明溶液混合后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在60 — 22(TC下進(jìn)行微波 溶劑熱處理，處理時(shí)間為5-120分鐘。微波溶劑熱處理結(jié)束后，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行離 心分離、用水或者無(wú)水乙醇洗滌，然后在室溫至IO(TC溫度下、空氣氣氛下干 燥即可得到相應(yīng)的氧化物納米材料。
本發(fā)明的光催化劑的光催化性能大大高于單獨(dú)組分的氧化鋅或者二氧化錫 的光催化活性，同時(shí)也大大高于商品的氧化鋅和商品的二氧化錫的混和物的光 催化活性。
本發(fā)明還具有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 制備方法簡(jiǎn)單，通過(guò)簡(jiǎn)單混合的方法就可以得到。
2. 氧化鋅納米材料和二氧化錫納米材料采用微波加熱的方式制備，可大大縮 短反應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
3. 原料廉價(jià)易得，操作方便，制備工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，不需要復(fù)雜昂貴的設(shè) 備，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1 160°C微波溶劑熱30分鐘得到的由納米棒組裝成的ZnO微米球的掃 描電子顯微鏡照片球的直徑為1-2微米。
圖2 160°C微波溶劑熱30分鐘得到的由納米顆粒組裝成的Sn02納米球的 掃描電子顯微鏡照片球的直徑為200-300納米。
圖3制備的ZnO微米球、Sn02納米球以及兩者以1: 3質(zhì)量比混合后對(duì)甲基橙的光催化降解曲線(xiàn)。
圖4商品的ZnO、 Sn02以及兩者以l: 3質(zhì)量比混合后對(duì)甲基橙的光催化降解曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
用下面非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施方式及效果。
實(shí)施例1
氧化鋅納米材料和二氧化錫納米材料以1: 3的質(zhì)量比混合后得到的光催化 劑。氧化鋅微米球由直徑大約50納米棒組成，微米球的直徑在1-2微米；二氧 化錫納米球由直徑小于10納米顆粒組裝而成，微米球的直徑在200-300納米。
上述氧化鋅納米材料和二氧化錫納米材料的制備方法為
將lmmol 二水合醋酸鋅(或者五水合四氯化錫)、0.5克十六烷基三甲基 溴化銨和L2克氫氧化鈉溶于20 ml去離子水和10 ml甲醇的混合溶液，攪拌 均勻后加入2.75 ml乙酸乙酯。將該反應(yīng)液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中(內(nèi)襯容量為60毫升)， 密封。將反應(yīng)釜放入微波溶劑熱反應(yīng)裝置，在16(TC下保溫30分鐘。反應(yīng)體系 自然冷卻到室溫后，取出產(chǎn)物，用離心法分離產(chǎn)物，分離的產(chǎn)物用無(wú)水乙醇洗 滌3次，6(TC空氣中干燥。分析表明，得到的產(chǎn)物為氧化鋅微米球或者二氧化 錫微米球。氧化鋅微米求由直徑大約50納米的棒組成，球的直徑在l-2微米； 二氧化錫微米球由直徑10納米的顆粒組裝而成，球的直徑在200-300納米。
將上面制備的氧化鋅納米材料和二氧化錫納米材料以質(zhì)量比為1: 3的比例 混合，得到新型的高校光催化劑。
將上述光催化劑懸浮于甲基橙水溶液中，再將該懸浮液置于紫外光下輻照， 用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量甲基橙溶液濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)，得到光催化降 解甲基橙的速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在得到的混合物光催化劑的作用下，經(jīng)過(guò)40 分鐘的紫外線(xiàn)輻照，溶液中的甲基橙可以全部降解。
作為對(duì)比，將氧化鋅和二氧化錫商品粉體以1: 3的質(zhì)量比混合后得到的光 催化劑。將上述光催化劑懸浮于甲基橙水溶液中，再將該懸浮液置于紫外光下 輻照，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量甲基橙溶液濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)，得到光 催化降解甲基橙的速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在此光催化劑的作用下，經(jīng)過(guò)40分鐘 的紫外線(xiàn)輻照，溶液中的甲基橙只降解了約45%。
實(shí)施例2
氧化鋅納米材料和二氧化錫納米材料以1: 2的質(zhì)量比混合后得到的光催化 劑。氧化鋅微米球由直徑大約20納米棒組成，微米球的直徑在3微米；二氧化 錫納米球由直徑20納米顆粒組裝而成，微米球的直徑在0. 5納米。
制備方法同實(shí)施例1。
實(shí)施例3
氧化鋅納米材料和二氧化錫納米材料以1: 4的質(zhì)量比混合后得到的光催化 劑。氧化鋅微米球由直徑大約20納米棒組成，微米球的直徑在3微米；二氧化錫納米球由直徑10納米顆粒組裝而成，微米球的直徑在200-300納米。
制備方法同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1、金屬氧化物納米材料，其特征在于是將氧化鋅納米材料和二氧化錫納米材料混合，其中氧化鋅和二氧化錫的結(jié)構(gòu)為微米球，微米球的直徑為0.2至3微米，微米球由直徑為10-100納米棒和/或直徑5-50納米顆粒組裝而成。
2、 按權(quán)利要求1所述的金屬氧化物納米材料，其特征在于氧化鋅的質(zhì)量分 數(shù)為10%-50%。
3、 按權(quán)利要求1或2所述的金屬氧化物納米材料用于光催化劑領(lǐng)域D
全文摘要
本發(fā)明提供了金屬氧化物納米材料，屬于納米材料制備和應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明將氧化鋅納米材料和二氧化錫納米材料以質(zhì)量比混合，混合物中氧化鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％-50％，得到的混和物具有高效的光催化性能，混和物由氧化鋅和二氧化錫微米球組成，微米球的直徑為0.2至3微米，微米球由直徑10-100納米棒和/或直徑5-50納米顆粒組裝而成，光催化性能大大高于單獨(dú)組分的氧化鋅納米材料或者二氧化錫納米材料的光催化活性，同時(shí)也大大高于商品的氧化鋅和商品的二氧化錫的混和物的光催化活性。本發(fā)明選用的氧化鋅納米材料和二氧化錫納米材料采用微波輔助加熱的方法制備，具有工藝簡(jiǎn)單，快速、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J23/14GK101342486SQ20081004232
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者凌 張, 朱英杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所