一种三维分等级结构CaIn制造技术

本发明专利技术提供一种三维分等级结构CaIn

A three-dimensional hierarchical structure Cain

【技术实现步骤摘要】
一种三维分等级结构CaIn2O4光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及半导体光催化剂领域，更具体的，涉及一种三维分等级结构CaIn2O4光催化剂及其制备方法。
技术介绍
近年来，能源危机和环境污染问题日益突出，光催化技术因其在新能源开发和环境保护方面的潜在价值而备受关注。二氧化钛是目前研究最为充分，应用也最为广泛的光催化剂。但是二氧化钛作为宽带隙半导体，仅在紫外光下具有较好的光催化效果，而且材料本身也存在电子空穴复合较快，无法达到较高的催化效率等缺点。因此，对于新型光催化剂的研制开始逐渐受到关注。CaIn2O4因其化学性质稳定、安全无毒等诸多优势受到重视。CaIn2O4可以对能量较低的可见光响应，且具有很强的氧化能力，使CaIn2O4在众多新型光催化集中具有独特的优势。目前，制备CaIn2O4半导体光催化剂的方法主要包括喷雾分解法（如EnhancementofthephotocatalyticactivityandwhiteemissionofCaIn2O4nanocrystals，JournalofAlloysandCompounds，658(2016)316-323）、高温固相法（如EffectsofSubstitutingSr2+andBa2+forCa2+ontheStructuralPropertiesandPhotocatalyticBehaviorsofCaIn2O4，Chem.Mater.2004,16,1644-1649）、燃烧法、共沉淀法、水热法（如纳米CaIn2O4长方体的制备及可见光催化性能，唐新德，化工新型材料，45（6）,116-118，201706）。三维分等级结构材料由于具有较大的比表面积和丰富的活性位点，表现出优异的光催化性能。目前，关于三维分等级结构CaIn2O4光催化剂鲜有报道。基于现有技术存在的以上问题，本专利技术的目的是提供一种快速合成具有三维分等级结构和较高催化活性的CaIn2O4半导体光催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三维分等级结构CaIn2O4半导体光催化剂及其制备方法，通过首先制备得到反应前驱体，然后选择添加特定的复合形貌控制剂及其配比，获得了纳米片组装的空心球结构。利用本专利技术制备得到的半导体光催化剂具有高的活性位点和优异的光催化性能。本专利技术通过以下步骤来实现：（1）原料配制：将乙二醇加入到去离子水中获得混合溶剂，所述混合溶剂中乙二醇与去离子水的体积比为1：3-5；不断搅拌条件下，将一定量的硝酸铟和尿素分别加入到上述混合溶剂中获得硝酸铟溶液A和尿素溶液B，不断搅拌条件下，将尿素溶液B滴加到硝酸铟溶液A中以获得反应前驱体，继续搅拌5-15min；所述硝酸铟溶液浓度为0.1mol/L,所述尿素溶液浓度为0.05-0.1mol/L；（2）微波水热反应：将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）与P123按照体积比为1:1混合获得混合形貌控制剂，搅拌条件下，将所得混合形貌控制剂加入到上述反应前驱体中，然后依次添加适量醋酸钙和氨水，调节反应溶液的pH约为7-9，将所得溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行微波水热反应，反应结束后自然冷却，离心、洗涤、干燥、焙烧后得到三维分等级结构CaIn2O4光催化剂。进一步地，所述醋酸钙的浓度为0.1mol/L,所述硝酸铟与醋酸钙的体积用量比为2:1。进一步地，所述微波水热反应温度为170-180℃，所述微波水热反应的反应时间为15-40min；优选地，所述微波水热反应温度为175℃，反应时间为30min。进一步地，所述三维分等级结构CaIn2O4光催化剂形貌为纳米花状，所述纳米花由纳米片组装而成，且为空心结构，所述纳米片厚度为8-20nm，所述纳米花直径为300-800nm。进一步地，所述混合溶剂中乙二醇与去离子水的体积比为1:4-5；优选地，所述混合溶剂中乙二醇与去离子水的体积比为1:4。进一步地，所述洗涤使用去离子水和无水乙醇交替洗涤3-6次，所述干燥方式为真空干燥或冷冻干燥，所述焙烧温度为300-450℃，焙烧时间为1-6h。本专利技术通过使用乙二醇和去离子作为溶剂进行微波水热反应，其中，乙二醇与其它有机溶剂（如甲醇、乙醇等）相比，可以更好的调节反应体系的极性、粘度等，通过选择合适的乙二醇体积占比，配合特定的形貌控制剂，可以获得稳定的产品形貌。同时，利用尿素水解产生的气体获得空心结构，利用微波水热提高生产效率和反应均匀性。本专利技术通过控制混合形貌控制剂的组成来获得分等级结构CaIn2O4半导体光催化剂，当使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯（P123）进行复配时，配合本专利技术特定的反应溶剂、反应原料和工艺参数，可以获得由纳米片组装成的空心纳米花结构，其中，所述纳米片厚度为8-20nm，所述空心纳米花直径为300-800nm。本专利技术的有益效果为：本专利技术操作简单、效率高，所得产品具有高的活性位点和优异的光催化剂，且形貌和性能稳定。附图说明：图1为实施例1合成的三维分等级结构CaIn2O4光催化剂电镜照片：（a）CaIn2O4光催化剂SEM照片；（b）CaIn2O4光催化剂TEM照片。具体实施方式：以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。实施例1：步骤（1）：将10mL乙二醇加入到40mL去离子水中获得混合溶剂，不断搅拌条件下，将一定量的硝酸铟和尿素分别加入到上述混合溶剂中配制得到浓度为0.1mol/L的硝酸铟溶液和浓度为0.1mol/L尿素溶液，不断搅拌条件下，将尿素溶液滴加到硝酸铟溶液中以获得前驱体溶液，继续搅拌10min以使前驱体混合均匀。步骤（2）：将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）与P123按照体积比为1:1混合获得混合形貌控制剂，搅拌条件下，将所得混合形貌控制剂加入到上述反应前驱体中，然后依次添加适量醋酸钙和氨水，调节反应溶液的pH约为7，将所得溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中170℃微波水热反应30min，反应结束后自然冷却，离心、洗涤、干燥、300℃焙烧1h后得到三维分等级结构CaIn2O4光催化剂。图1为所得分等级材料TEM和SEM图，由TEM图可知，所得分等级结构为空心纳米花结构，由SEM图可知，所得空心结构由纳米片组装而成，纳米片厚度约为15nm，空心纳米花直径约为400nm。实施例2：步骤（1）：将10mL乙二醇加入到40mL去离子水中获得混合溶剂，不断搅拌条件下，将一定量的硝酸铟和尿素分别加入到上述混合溶剂中配制得到浓度为0.1mol/L的硝酸铟溶液和浓度为0.1mol/L尿素溶液，不断搅拌条件下，将尿素溶液滴加到硝酸铟溶液中以获得前驱体溶液，继续搅拌10min以使前驱体混合均匀。步骤（2）：将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）与P123按照体积比为1:1混合获得混合形貌控制剂，搅拌条件下，将所得混合形貌控制剂加入到上述反应前驱体中，然后依次添加适量醋酸钙和氨水，调节反应溶液的pH约为7，将所得溶液转移到聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维分等级结构CaIn

【技术特征摘要】
1.一种三维分等级结构CaIn2O4光催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法由以下步骤组成：
（1）原料配制：将乙二醇加入到去离子水中获得混合溶剂，所述混合溶剂中乙二醇与去离子水的体积比为1：3-5；不断搅拌条件下，将一定量的硝酸铟和尿素分别加入到上述混合溶剂中获得硝酸铟溶液A和尿素溶液B，不断搅拌条件下，将所述尿素溶液B滴加到所述硝酸铟溶液A中以获得反应前驱体，继续搅拌或者超声分散5-15min；所述硝酸铟溶液浓度为0.1mol/L,所述尿素溶液浓度为0.05-0.1mol/L；
（2）微波水热反应：将形貌控制剂A与形貌控制剂B按照体积比为1:1混合获得混合形貌控制剂，搅拌条件下，将所得混合形貌控制剂加入到上述反应前驱体中，然后依次添加适量醋酸钙溶液和氨水，调节反应溶液的pH值约为7-9，将所得溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行微波水热反应，反应结束后自然冷却，离心、洗涤、干燥、焙烧后得到三维分等级结构CaIn2O4光催化剂；
所述形貌控制剂A为聚乙烯吡咯烷酮（PVP），所述形貌控制剂B为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯（P123），所述醋酸钙的浓度为0.1mol/L,所述硝酸铟溶液与醋酸钙溶液的体积用量比为2:...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海洋，
申请(专利权)人：刘海洋，
类型：发明
国别省市：江苏;32