專利名稱：一種銅摻雜ZnSnO₃可見光光催化劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種銅摻雜ZnSnO3光催化劑及其制備方法，屬于半導體光催化技術領域。
背景技術：
半導體光催化研究是現(xiàn)在材料和化學領域的前沿課題，在新能源和環(huán)境凈化方面具有廣闊的應用前景。傳統(tǒng)的半導體光催化材料只適用于紫外光范圍，探索充分利用太陽光的可見光響應光催化材料是推進光催化材料應用的關鍵。雖然半導體價帶與導帶之間的能隙縮小就可以以較低能量的光子激發(fā)價帶的電子，使之躍遷至導帶并形成電子-空穴對，但是同時已經(jīng)形成的電子-空穴對在移動至催化劑表面與污染物反應之前，也較容易再度結合，從而降低材料的催化性能。
為了提高半導體材料的光催化性能，研究人員廣泛采用異質結技術來減少電子-空穴對的復合。氧化鋅和氧化錫均為窄帶半導體，在光催化領域應用非常廣泛。通過對它們進行摻雜改性已經(jīng)成為制備可見光光催化劑的主要手段之一。不僅如此，在形貌設計方面，氧化鋅和氧化錫耦合的復合物方面也取得了較大的進展。文獻[ZhaojieWang, Zhenyu Li， Hongnan Zhang, Ce Wang, Improved photocatalytic activity ofmesoporous ZnO - Sn02 coupled nanofibers, Catalysis Communications, 2009 (11):257 - 260]通過合成氧化鋅和氧化錫耦合的納米纖維，獲得了較高性能的光催化復合物。然而采用復合的手段是難以改變體系的能帶結構的。摻雜能夠縮小光催化材料的帶隙，是增加光催化材料可見光吸收的基本手段。摻雜原子的空間分布是決定摻雜能否縮小帶隙的本質因素，即表面摻雜只能在帶隙中引入局域化能級，體相摻雜可縮小帶隙。因此通過對ZnSnO3這種化合物的摻雜，可以有效地改變其能帶結構，從而提高其在可見光范圍的光催化特性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是利用體相摻雜獲得一種CuxZrvxSnO3可見光光催化劑，相比較與氧化鋅和氧化錫的復合物，銅摻雜的ZnSnO3單相化合物具有更加優(yōu)良的穩(wěn)定性和調諧性。本發(fā)明涉及的可見光光催化劑，其組成通式為CuxZrvxSnO3,其中0〈x ( 0. I。上述可見光響應的光催化劑的制備方法為
(1)將氧化銅、氧化鋅和氧化錫粉末研磨后，按照化學計量比CuxZrvxSnO3配料，其中0〈x ^ 0. I ；
(2)將步驟(I)配好的粉體倒入反應器中，往燒杯中加入質量百分比濃度為0.I 1%的硝酸，氧化錫與所加硝酸的物質的量比為0. I I ;
(3)攪拌使步驟(2)粉體充分溶解，加入質量百分比濃度為0.I 2%的氨水，調節(jié)pH值到6 11，使金屬氧離子完全沉淀；
(4)洗滌、過濾并干燥步驟(3)沉淀物，放入馬弗爐中于400-740攝氏度煅燒0.5 4個小時，直接取出在空氣中冷卻。所述氧化銅、氧化鋅和氧化錫為分析純。本發(fā)明的有益效果是采用體相摻雜方法制備了銅摻雜的ZnSnO3可見光光催化齊U，通過調節(jié)銅的含量可以調節(jié)ZnSnO3的禁帶寬度；產物直接在空氣中冷卻，有效地防止了雜相的產生；相比較與氧化鋅和氧化錫的復合物，ZnSnO3單相化合物減小了復合幾率，提高了量子轉換效率、具有更好的穩(wěn)定性和和回收性。所得到的催化劑可以直接應用于處理印染行業(yè)的廢水。
具體實施例方式以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述，這些實施例只是出于實例性說明的目的，而并非用于限定本發(fā)明，下述氧化銅、氧化鋅和氧化錫為分析純。實施例I :
將氧化銅、氧化鋅和氧化錫粉末研磨后，按照化學計量比CuatllZna99 SnO3配料；將配好的粉體倒入反應器中，往燒杯中加入質量百分比濃度為O. 2%的硝酸，氧化錫與所加硝酸的物質的量比為O. 2 ;攪拌使粉體充分溶解，加入質量百分比濃度為O. 2%的氨水，調節(jié)pH值到9，使金屬氧離子完全沉淀；洗滌、過濾并干燥沉淀物，放入馬弗爐中于500攝氏度煅燒2個小時，直接取出在空氣中冷卻；所得的產物加入模擬有機污染物中，模擬有機污染物由濃度為20mg/L的酸性紅配制而成，所制備的光催化劑的加入量為lg/L。反應器采用硼硅酸玻璃制作；光源為300瓦氙燈，經(jīng)過濾波使420納米以上波長的光到達反應器，反應時間為2小時；經(jīng)過測試，該催化劑對酸性紅的去除率為95. 2%.對該產物重復實驗20次，沒有發(fā)現(xiàn)其光催化性能有明顯降低。實施例2:
將氧化銅、氧化鋅和氧化錫粉末研磨后，按照化學計量比Cuatl7Zna93 SnO3配料；將配好的粉體倒入反應器中，往燒杯中加入質量百分比濃度為1%的硝酸，氧化錫與所加硝酸的物質的量比為I ;攪拌使粉體充分溶解，加入質量百分比濃度為2%的氨水，調節(jié)pH值到11，使金屬氧離子完全沉淀；洗滌、過濾并干燥沉淀物，放入馬弗爐中于700攝氏度煅燒I個小時，直接取出在空氣中冷卻。所得的產物加入模擬有機污染物中，模擬有機污染物由濃度為20mg/L的酸性紅配制而成，所制備的光催化劑的加入量為lg/L。反應器采用硼硅酸玻璃制作；光源為300瓦氙燈，經(jīng)過濾波使420納米以上波長的光到達反應器，反應時間為2小時。經(jīng)過測試，該催化劑對酸性紅的去除率為83. 8%.對該產物重復實驗20次，沒有發(fā)現(xiàn)其光催化性能有明顯降低。實施例3:
將氧化銅、氧化鋅和氧化錫粉末研磨后，按照化學計量比CuaiZna9 SnO3配料；將配好的粉體倒入反應器中，往燒杯中加入質量百分比濃度為O. 6%的硝酸，氧化錫與所加硝酸的物質的量比為0.6 ;攪拌使粉體充分溶解，加入質量百分比濃度為I. 6%的氨水，調節(jié)pH值到10，使金屬氧離子完全沉淀；洗滌、過濾并干燥沉淀物，放入馬弗爐中于600攝氏度煅燒
2.5個小時，直接取出在空氣中冷卻。所得的產物加入模擬有機污染物中，模擬有機污染物由濃度為20mg/L的酸性紅配制而成，所制備的光催化劑的加入量為lg/L。反應器采用硼硅酸玻璃制作；光源為300瓦氙燈，經(jīng)過濾波使420納米以上波長的光到達反應器，反應時間為2小時。經(jīng)過測試，該催化劑對酸性紅的去除率為90. 4%.對該產物重復實驗20次，沒有 發(fā)現(xiàn)其光催化性能有明顯降低。
權利要求
1.一種銅摻雜的ZnSnO3可見光光催化劑，其特征在于所述的光催化劑的組成通式為CuxZrvxSnO3,其中 0〈x 彡 0. I。
2.根據(jù)權利要求I所述的銅摻雜的ZnSnO3可見光光催化劑的制備方法，其特征在于步驟為 (1)將氧化銅、氧化鋅和氧化錫粉末研磨后，按照化學計量比CuxZrvxSnO3配料，其中0〈x ^ 0. I ； (2)將步驟(I)配好的粉體倒入反應器中，往燒杯中加入質量百分比濃度為0.I 1%的硝酸，氧化錫與所加硝酸的物質的量比為0. I I ; (3)攪拌使步驟(2)粉體充分溶解，加入質量百分比濃度為0.I 2%的氨水，調節(jié)pH值到6 11，使金屬氧離子完全沉淀； (4)洗滌、過濾并干燥步驟(3)沉淀物，放入馬弗爐中于400-740攝氏度煅燒0.5 4個小時，直接取出在空氣中冷卻； 所述氧化銅、氧化鋅和氧化錫為分析純。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銅摻雜的ZnSnO3可見光光催化劑及其制備方法。將氧化銅、氧化鋅和氧化錫按照化學計量比CuxZn1-xSnO3配料，其中0<x≤0.1，通過共沉淀工藝輔以低溫煅燒，獲得穩(wěn)定性良好的銅摻雜的ZnSnO3可見光光催化劑。該催化劑具有較高的量子轉換效率和穩(wěn)定性，可以直接應用于處理印染行業(yè)的廢水。
文檔編號B01J23/835GK102962075SQ20121049188
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權日2012年11月28日
發(fā)明者姚毅, 曾鴻鵠, 林華 申請人:桂林理工大學