專利名稱：Mg²⁺摻雜ZnO納米光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到光催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體金屬氧化物和硫化物作為光催化劑，例如Ti02、Zn0、CdS、W03等，引起了人們廣泛的關(guān)注。在這些催化劑中，ZnO作為直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3. 37eV,是一種極其重要的催化劑。ZnO作為光催化劑降解有機污染物已經(jīng)被很多人研究過。然而，作為光催化劑ZnO也有其自身的缺點，例如，它的催化效率不是很高，不能滿足商業(yè)應(yīng)用。因而，就有很多研究工作研究提高ZnO的光催化效率，一般情況下，選用適當(dāng)?shù)谋砻婵瘴换虿东@劑捕獲空位或電子可使復(fù)合過程受抑制，進而就可以提高其光催化效率。目前，可明顯抑制電子-空穴對復(fù)合的方法主要包括減小半導(dǎo)體粒子的尺寸、半導(dǎo)體之間的復(fù)合、表面敏化、金屬離子的摻雜以及貴金屬的表面沉積等，其中金屬離子的摻雜是一種很有效的辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種操作簡單、所得催化劑光催化效率高的 Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的制備方法。解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是以苯甲醇為溶劑，在180°C條件下，六水合硝酸鋅、0. 01mol/L的無水硫酸鎂水溶液、lmol/L的氫氧化鈉水溶液反應(yīng)M小時，六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂、氫氧化鈉的摩爾比為1 0.01 0.04 0.5 1.5，冷卻、用去離子水洗滌3次再用無水乙醇洗滌3次，去除溶劑及副產(chǎn)物，將洗滌后的產(chǎn)物放入烘箱中，70°C 干燥12小時，制備成Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑。本發(fā)明中六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂、氫氧化鈉的最佳摩爾比為1 0.01 1。采用本發(fā)明方法制備的Mg2+摻雜SiO納米光催化劑，在紫外光照射下催化降解羅丹明B的降解速率高于純ZnO納米光催化劑。


圖1是六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂不同摩爾比制備的Mg2+摻雜SiO納米光催化劑的X-射線衍射光譜圖。圖2是六水合硝酸鋅與NaOH不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的 X-射線衍射光譜圖。圖3是實施例1制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖。圖4是實施例2制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖。圖5是實施例3制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖。圖6是實施例4制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖。圖7是實施例5制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖。
圖8是對比實施例制備的ZnO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖。圖9是六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑催化降解羅丹明B不同時間的紫外可見吸收光譜圖。圖10是六水合硝酸鋅與NaOH不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑催化降解羅丹明B不同時間的紫外可見吸收光譜圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。實施例1將六水合硝酸鋅0. 595g(0. 002mol)、0. 01mol/L的無水硫酸鎂水溶液 2mL(0. 00002mol) Umol/L的氫氧化鈉水溶液2mL(0. 002mol)加入盛有30mL苯甲醇的反應(yīng)釜中，使固體溶解，加熱至180°C，恒溫反應(yīng)對小時，反應(yīng)完后，自然冷卻至室溫，所得白色沉淀4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離5分鐘，先用去離子水洗滌3次再用無水乙醇洗滌3次，去除溶劑及副產(chǎn)物，將洗滌后的產(chǎn)物放入烘箱中，70°C干燥12小時，制備成Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑。實施例2將六水合硝酸鋅0. 595g(0. 002mol)、0. 01mol/L的無水硫酸鎂水溶液 4mL(0. 00004mol) Umol/L的氫氧化鈉水溶液2mL(0. 002mol)加入盛有30mL苯甲醇的反應(yīng)釜中，使固體溶解，加熱至180°C，恒溫反應(yīng)對小時，反應(yīng)完后，自然冷卻至室溫，所得白色沉淀4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離5分鐘，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，去除溶劑及副產(chǎn)物， 將洗滌后的產(chǎn)物放入烘箱中，70°C干燥12小時，制備成Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑。實施例3將六水合硝酸鋅0. 595g(0. 002mol)、0. 01mol/L的無水硫酸鎂水溶液 8mL(0. 00008mol) Umol/L的氫氧化鈉水溶液2mL(0. 002mol)加入盛有30mL苯甲醇的反應(yīng)釜中，使固體溶解，加熱至180°C，恒溫反應(yīng)M小時，反應(yīng)完后，自然冷卻至室溫，所得白色沉淀4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離5分鐘，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，去除溶劑及副產(chǎn)物， 將洗滌后的產(chǎn)物放入烘箱中，70°C干燥12小時，制備成Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑。實施例4將六水合硝酸鋅0. 595g(0. 002mol)、0. 01mol/L的無水硫酸鎂水溶液 2mL(0. 00002mol) Umol/L的氫氧化鈉水溶液ImL(0. OOlmol)加入盛有30mL苯甲醇的反應(yīng)釜中，使固體溶解，加熱至180°C，恒溫反應(yīng)對小時，反應(yīng)完后，自然冷卻至室溫，所得白色沉淀4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離5分鐘，先用去離子水洗滌3次再用無水乙醇洗滌3次，去除溶劑及副產(chǎn)物，將洗滌后的產(chǎn)物放入烘箱中，70°C干燥12小時，制備成Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑。實施例5將六水合硝酸鋅0. 595g(0. 002mol)、0. 01mol/L的無水硫酸鎂水溶液 2mL(0. 00002mol) Umol/L的氫氧化鈉水溶液3mL(0. 003mol)加入盛有30mL苯甲醇的反應(yīng)
釜中，使固體溶解，加熱至180°C，恒溫反應(yīng)對小時，反應(yīng)完后，自然冷卻至室溫，所得白色沉淀4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離5分鐘，先用去離子水洗滌3次再用無水乙醇洗滌3次，去除溶劑及副產(chǎn)物，將洗滌后的產(chǎn)物放入烘箱中，70°C干燥12小時，制備成Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑。對比實施例將六水合硝酸鋅0. 595g (0. 002mol)、lmol/L的氫氧化鈉水溶液2mL (0. 002mol)加入盛有30mL苯甲醇的反應(yīng)釜中，使固體溶解，加熱至180°C，恒溫反應(yīng)M小時，反應(yīng)完后，自然冷卻至室溫，所得白色沉淀4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離5分鐘，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，去除溶劑及副產(chǎn)物，將洗滌后的產(chǎn)物放入烘箱中，70°C干燥12小時，制備成ZnO納米光催化劑。發(fā)明人將實施例1 3中六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂不同摩爾比制備的Mg2+摻雜 ZnO納米光催化劑、實施例1和實施例4 5中六水合硝酸鋅與NaOH不同摩爾比制備的Mg2+ 摻雜SiO納米光催化劑、對比實施例制備的SiO納米光催化劑采用D/Max-3c型X-射線衍射儀、Quanta 200型透射電子顯微鏡分別進行表征，結(jié)果見圖1 8。圖1是六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的X-射線衍射光譜圖，其中曲線 a是對比實施例制備的SiO納米光催化劑的X-射線衍射光譜圖，曲線b、c、d依次是實施例 1、實施例2、實施例3制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的X-射線衍射光譜圖；圖2是六水合硝酸鋅與NaOH不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的X-射線衍射光譜圖， 其中曲線a、b、c依次是實施例1、實施例4、實施例5制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的 X-射線衍射光譜圖；圖3是實施例1制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖；圖4是實施例2制備的Mg2+摻雜SiO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖；圖5是實施例3制備的Mg2+摻雜SiO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖；圖6是實施例4制備的Mg2+ 摻雜ZnO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖；圖7是實施例5制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖；圖8是對比實施例制備的ZnO納米光催化劑的掃描電子顯微鏡圖。由圖1和圖2可見，實施例1 3中六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑、實施例1和實施例4 5中六水合硝酸鋅與NaOH不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑以及對比實施例制備的ZnO納米光催化劑的衍射峰數(shù)據(jù)與六方相纖鋅礦SiO標準譜(a = 0. 3249nm，c = 0. 52nm, JCPDSNo. 36-1451)的數(shù)據(jù)—— 對應(yīng)，衍射峰都比較窄且峰很尖銳，說明SiO的結(jié)晶性很好，此外，衍射峰中沒有其他雜相峰的存在，說明Mg2+成功的摻雜到了 SiO晶格中。由圖3 8可見，對比實施例制備的ZnO納米光催化劑是由粒徑為500nm左右規(guī)則形貌的納米顆粒組成，實施例1 3中六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂不同摩爾比制備的Mg2+ 摻雜ZnO納米光催化劑也是由粒徑為500nm左右規(guī)則形貌的納米顆粒組成，表明Mg2+摻雜到ZnO中并且未改變ZnO的形貌和尺寸。且實施例4 5制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑分別由500nm左右規(guī)則形貌的空心碗狀納米晶體和菱形納米片組成，表明NaOH對所制得的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的形貌影響較大。為了確定本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人采用實施例1 3中六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑、實施例1和實施例4 5中六水合硝酸鋅與NaOH不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑以及對比實施例制備的ZnO納米光催化劑，分別在紫外光下光降解羅丹明B水溶液(羅丹明B由天津市天新精細化工開發(fā)中心銷售)，比較其光催化活性，具體試驗情況如下向6個IOOmL燒杯中分別加入0. 006g實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5、對比實施例制備的納米光催化劑，再向6個燒杯中均加入60mLl. 25X 10_5mol/L的羅丹明B水溶液，在暗室中磁力攪拌1小時。將在暗室中磁力攪拌1小時后的溶液置于30W的紫外燈下(燒杯口與紫外燈管間的距離為IOcm)，在輻射波長為254nm、光照強度為1. 8751ux條件下照射(所有試驗均在室溫下進行，溫度為20士2°C )，每間隔1小時取5mL燒杯中溶液，采用紫外可見分光光度計分別檢測所取溶液在處的最大吸收峰，檢測結(jié)果見圖9和圖10。圖9是六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑催化降解羅丹明B不同時間的紫外可見吸收光譜圖，其中曲線a、b、c依次是實施例1、實施例2、實施例3制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑催化降解不同時間的紫外可見吸收光譜圖，曲線d是對比實施例制備的ZnO納米光催化劑催化降解羅丹明B不同時間的紫外可見吸收光譜圖；圖10是六水合硝酸鋅與NaOH不同摩爾比制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑催化降解羅丹明B不同時間的紫外可見吸收光譜圖，其中曲線a、b、c依次是實施例1、實施例4、實施例5制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑催化降解不同時間的紫外可見吸收光譜圖。由圖9可見，實施例1 3中六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂不同摩爾比制備的Mg2+ 摻雜ZnO納米光催化劑催化降解羅丹明B的速率要比對比實施例制備的ZnO納米光催化劑催化降解羅丹明B的速率快得多，并且實施例1制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑催化降解羅丹明B的速率最快，由于實施例1 3光催化劑的形貌都為500nm左右的方形納米顆粒，說明形貌對光催化效率的影響可以忽略不計，因而可以證明光催化效率的不同是由于 Mg2+摻雜量的不同所引起的，可以確定最佳六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂、氫氧化鈉的摩爾比為 1 0. 01 1由圖10可見，實施例1、實施例4和5制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑催化降解羅丹明B的速率均較快，并且其中實施例1制備的Mg2+摻雜SiO納米光催化劑催化降解羅丹明B的速率最快。由于實施例1所制備的光催化劑為500nm左右的方形納米顆粒，實施例4 為500nm左右的空心碗狀納米晶體，實施例5為500nm左右的菱形納米片，說明不同的NaOH 濃度對光催化劑的形貌影響很大，進而影響其光催化速率，其中方形納米顆粒的光催化劑效率最好，可以確定最佳六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂、氫氧化鈉的摩爾比為1 0.01 1綜合上述試驗結(jié)果，六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂、氫氧化鈉的摩爾比為 1 0.01 0.04 0.5 1.5制備的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的光催化性能均較好， 其中六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂、氫氧化鈉的摩爾比為1 0.01 1時，制備的Mg2+摻雜 ZnO納米光催化劑的光催化性能最好。
權(quán)利要求
1.一種Mg2+摻雜SiO納米光催化劑的制備方法，其特征在于以苯甲醇為溶劑，在 180°C條件下，六水合硝酸鋅、0. 01mol/L的無水硫酸鎂水溶液、lmol/L的氫氧化鈉水溶液反應(yīng)M小時，六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂、氫氧化鈉的摩爾比為1 0. 01 0. 04 0. 5 1. 5，冷卻、洗滌、干燥，制備成Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的制備方法，其特征在于所述的六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂、氫氧化鈉的摩爾比為1 0.01 1。
全文摘要
一種Mg2+摻雜ZnO納米光催化劑的制備方法，以苯甲醇為溶劑，在180℃條件下，使六水合硝酸鋅、0.01mol/L的無水硫酸鎂水溶液、1mol/L的氫氧化鈉水溶液反應(yīng)24小時，六水合硝酸鋅與無水硫酸鎂、氫氧化鈉的摩爾比為1∶0.01～0.04∶0.5～1.5。本發(fā)明方法操作簡單，所得催化劑在紫外光照射下催化降解羅丹明B的降解速率高于純ZnO納米光催化劑。
文檔編號B01J23/06GK102228827SQ20111010028
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者張晶, 曾京輝 申請人:陜西師范大學(xué)