一种掺杂改性氧化铟基复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种掺杂改性氧化铟基复合材料的制备方法及应用，涉及半导体光催化材料技术领域。所述复合材料以氧化铟为主体材料，钛酸铁为改性材料，采用水热法进行制备，制备过程简单。掺杂改性氧化铟基复合材料克服了氧化铟单体只有紫外光吸收的缺陷，其吸收区间扩展到可见光区，可更加高效利用太阳能作驱动。掺杂改性氧化铟基复合材料对各种抗生素具有较好的光降解性能。较好的光降解性能。较好的光降解性能。

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂改性氧化铟基复合材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于半导体光催化材料
，具体涉及一种掺杂改性氧化铟基复合材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]半导体材料是一类具有半导体性能的材料。常温下半导体的导电性介于导体与绝缘体之间，电阻率约1mΩ
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cm～1GΩ
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cm。半导体的主要特征是存在带隙，带隙是指导带与价带的能量差值。带间激发产生自由电子和空穴两种载流子，半导体的光学和电学性质与带隙有关。半导体材料根据载流子的特征分为本征半导体和杂质半导体。本征半导体的自由电子和空穴数目相等，且没有杂质和缺陷，是一种理想的半导体。而杂质半导体中掺有一定杂质，可将杂质半导体分为n型半导体(电子为多子的结构)和p型半导体(空穴为多子的结构)。自从锗、硅等应用以来，其他半导体如：无机物、有机物、有机
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无机复合物等多种类的材料相继出现，在化工、医药、电子和军事等领域应用广泛。其中无机金属氧化物尤为受科学工作者们的重视，其在物理、化学及材料学等领域都起着不可或缺的作用，可以用于制备电池材料、传感器和催化剂等。
[0003]在众多半导体材料中，氧化铟(In2O3)是一种典型的n型半导体材料，呈淡黄色粉末状，不溶于水，但溶于无机酸，密度为7.18克/立方厘米，熔点为2000℃。氧化铟的带隙较宽，直接带隙在3.55～3.75eV之间。氧化铟有立方方铁锰型和六方刚玉型两种相结构。立方结构的氧化铟为稳定结构，而六方结构的氧化铟为亚稳结构。通常是一种高温高压相。然而，作为一种半导体材料应用于光催化领域，单一氧化铟的带隙较宽，限制了其对光的响应能力。同时，氧化铟的光生载流子易复合，严重制约了其光催化活性。已有研究针对此问题进行各种改性研究，如苏州科技大学环境科学与工程学院的郭永福团队通过将CdS原位生长于In2O3表面，制备出In2O3/CdS催化剂，CdS的掺杂拓展对可见光的吸收范围、抑制光生载流子的复合，并增强催化剂的光催化性能。
[0004]中国专利CN202210891169.5通过溶剂热和高温煅烧等方法制备了Ag修饰的In2O3材料。合成方法简便，操作方便，有利于进一步实现工业化。与此同时，以前驱体MIL
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68(In)作为模板In2O3，可以使制得的Ag修饰In2O3材料沿袭MIL
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68(In)棒状结构，从而有利于CO2吸附，且材料具有较高的催化活性以及循环稳定性，在常温常压下可以达到较好的CO2还原效果，并且在以水为质子源的过程中不会产生污染。中国专利CN201810323832.5公开了一种新型In2O3/BiOI复合半导体光催化剂及其制备方法。所制备的复合半导体光催化剂对罗丹明B表现出优异的光催化降解效果，尤其是In2O3所占质量比为5％时，其降解效果最好，120分钟对罗丹明B的降解达到95.9％。
[0005]然而，迄今为止，尚未见有关以钛酸铁对氧化铟进行掺杂改性的有关材料、制备方法和应用的任何报道。
[0006]鉴于以上背景和研究现状，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种掺杂改性氧化铟基复合材料的制备方法，该方法仅用一步水热完成，制备过程简单，成本较低。通过具有可见光吸收特性的钛酸铁对氧化铟进行改性，扩展了氧化铟单体对光的吸收区间，以更加高效地吸收太阳能。同时，掺杂改性的氧化铟基复合材料具有良好的电子
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空穴分离和转移效率。
[0008]本专利技术的另一目的是提供一种掺杂改性氧化铟基复合材料在去除环境污染物等领域的应用。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种掺杂改性氧化铟基复合材料的制备方法，包括如下步骤：称取铁源加入到无水乙醇中形成溶液，缓慢滴加钛源，然后加入铟源，草酸和氢氧化钠，将形成的混合溶液转入水热釜中反应，得到的沉淀经洗涤后干燥，再经过马弗炉中煅烧即得掺杂改性氧化铟基复合材料。
[0011]所述铁源中铁的价态为+3，铁源和钛源中铁和钛的元素摩尔比为1:1。
[0012]所述铁源、铟源包括但不限于各自硝酸盐、氯化盐、硫酸盐中的一种。
[0013]所述钛源包括但不限于钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种。
[0014]在一些实施方式中，所述氢氧化钠的摩尔数与铟和铁元素摩尔数和的比为1:(2～3)，草酸与氢氧化钠的质量比为1:2。
[0015]在一些实施方式中，水热釜的反应温度为160～200℃，反应时间为20～40小时。
[0016]在一些实施方式中，马弗炉的煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为1～2小时。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种上述制备方法制备得到的掺杂改性氧化铟基复合材料在去除环境污染物等领域的应用。
[0018]所述环境污染物包括甲基橙、罗丹明B等染料，四环素等抗生素中的至少一种。
[0019]作为一种优选的实施方式，一种掺杂改性氧化铟基复合材料的制备方法，包括如下步骤：称取铁源加入到无水乙醇中形成溶液，缓慢滴加钛源，然后加入铟源，草酸和氢氧化钠，将形成的混合溶液转入水热釜中反应，得到的沉淀经洗涤后干燥，再经过马弗炉中煅烧即得掺杂改性氧化铟基复合材料。
[0020]其中，本步骤中，铁源和钛源中铁和钛的元素摩尔比为1:1。
[0021]其中，本步骤中，氢氧化钠的摩尔数与铟和铁元素摩尔数和的比为1:2，草酸与氢氧化钠的质量比为1:2。
[0022]其中，本步骤中，水热釜的反应温度为180℃，反应时间为30小时。
[0023]其中，本步骤中，马弗炉的煅烧温度为500℃，煅烧时间为1.5小时。
[0024]本专利技术提供的技术方案的有益效果如下：本专利技术采用一步水热法制备掺杂改性的氧化铟基复合光催化材料，制备过程简单；通过具有可见光响应性能的钛酸铁对仅有紫外光吸收性能的氧化铟的掺杂改性，有效扩展了氧化铟的可见光响应区间，增强了对太阳光的高效利用；同时钛酸铁与氧化铟形成异质结结构，加速光生载流子的分离，表现出极高的可见光响应性能，特别是高效去除环境污染物如甲基橙、罗丹明B、四环素等。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1所得样品的XRD图。
具体实施方式
[0026]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。如无特别说明，实施例中的材料为根据现有方法制备而得，或直接从市场上购得。
[0028]本专利技术所使用的试剂和原料如下文表1所示：
[0029]表1本专利技术所使用的试剂和原料
[0030][0031]实施例1
[0032]准确称取2.38克氯化铁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂改性氧化铟基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：称取铁源加入到无水乙醇中形成溶液，缓慢滴加钛源，然后加入铟源，草酸和氢氧化钠，将形成的混合溶液转入水热釜中反应，得到的沉淀经洗涤后干燥，再经过马弗炉中煅烧即得掺杂改性氧化铟基复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁源中铁的价态为+3，铁源和钛源中铁和钛的元素摩尔比为1:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁源、铟源为各自硝酸盐、氯化盐、硫酸盐中的一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛源为钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：周杰，朱蓓蓓，张海滨，丁邦琴，
申请(专利权)人：南通职业大学，
类型：发明
国别省市：