专利名称：核-壳结构的钇锑基复合磁性颗粒光催化剂及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型光催化剂、制备及应用，尤其粉末催化材料 Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)及“磁性颗粒核-光催 化剂壳”结构的Y_Fe203(铁磁性颗粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化 剂壳)、Y-Fe203-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化剂壳)、Si02(顺磁性颗粒 核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、Si02-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、MnO (反铁磁性颗粒 核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)、Mn0-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)，经光催化去除水体中的有 机污染物的应用，及光催化分解水制取氢气的应用。
背景技术：
水中有毒难降解性有机物(PTS)的处理一直是水处理领域中的难点、热点课题。 PTS有对人体及生态环境风险高等特点，因此，发达国家对这类污染物均有严格的控制标 准。由于常规生化处理方法对这类物质的去除效果差(或基本无处理效果)，必须采用特殊 处理单元过程对其有针对性的去除。因此，水中难降解性有机物的新型处理技术的开发研 究成为目前国际环境工程领域的热点和前沿课题。半导体(典型的如Ti02)光催化法就是世界各国学者公认的处理水中难降解性有 机物最有效、最有市场前景的技术，它在降解水体中的难降解性有机污染物方面具有巨大 的应用潜力，在难降解性有机物的矿化分解等方面比电催化、湿式催化氧化技术具有明显 的优点。但光催化技术在水处理与废水处理上尚未工业化，主要存在如下两个问题(1)悬 浮体系光催化体系光催化效率高，存在催化剂后处理问题，如果将光催化剂固定在玻璃等 材料上可以解决光催化剂的分离回收问题，但其光催化效率却明显低于悬浮体系；⑵二 氧化钛仅能吸收紫外光，在可见光范围没有响应，对太阳光的利用率低(4% )，而太阳光谱 中紫外光部分只占不到5 %，而波长为400-750nm的可见光则占太阳光谱的43 %，如果能将 太阳光中的紫外光波段和可见光波段同时充分利用起来，光量子效率将会得到很大提高。 因此，在保证较高的光催化效率的前提下解决光催化剂的回收和量子效率问题成了光催化 废水处理工业化应用的关键。目前，提高光催化剂的光利用率主要有两个方向。一是二氧化钛可见光化，如N、 s、c等非金属元素部分取代二氧化钛中的氧元素，能够降低光催化材料的带隙能，扩展了其 光响应范围，在一定程度上提高了光量子效率；二是研究开发高效的可见光催化剂。近年 来，研究者们开展了探索新型可见光光催化剂的研究工作，取得了丰硕成果Bi12Ge02(l粉末 能有效降解甲基橙等有机物；采用Co304/BiV04可以降解苯酚；采用Ta3N5粒子可以降解亚甲 基蓝染料；采用Na2Ta206可以降解刚果红溶液；采用Ga2BiTa07可以降解亚甲基蓝染料。付 希贤研制了钙钛矿型复合氧化物LaFe03、LaFei_xCux03等，结果表明LaFe03、LaFei_xCux03 (x = 0. 02,0. 05)具有较小的带隙，可以有效利用可见光对水相中的有机物进行光催化降解。邹 志刚等人成功地合成了 CaBi204等能利用可见光有效地降解水和空气中的甲醛、乙醛、亚甲 基蓝和H2S等有害物的新型光催化材料。朱永法、赵进才等利用自制的新型材料(如Bi2W06等)快速有效地降解了水相中罗丹明B，其效果较传统方法有大幅度的提高。本课题组首次 成功制备了 In2BiTa07粉体光催化降解水体中亚甲基蓝染料，135分钟后亚甲基蓝被完全降 解，总有机碳(T0C)去除率为100%。因此，扩大光催化材料的光响应范围是提高光催化量 子效率的一个有效方法。目前所报道的可见光光催化材料多是粉未状，在悬浮体系中有很 好的光催化活性，因此开发新型的粉末状光催化材料去除水体中的有机污染物不但能产生 显著的经济效益，而且还能产生巨大的环境效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是提出一种粉末催化材料Y3_xYbxSb07和Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1) 及制备工艺路线及方法、性能表征及应用。此外，也提出一种“磁性颗粒核-光 催化剂壳”结构的Y_Fe203(铁磁性颗粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光 催化剂壳)、Y-Fe203(铁磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化 剂壳)、Si02(顺磁性颗粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化剂壳)、 Si02(顺磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化剂壳)、MnO (反铁 磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 < x < 1)(光催化剂壳)、MnO (反铁磁性颗粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化剂壳)制备工艺、性能表征及应用。本发明的技术方案是核-壳结构的催化材料Y_Fe203 (铁 磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化剂壳)、y-Fe203 (铁 磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0.5彡x彡1)(光催化剂壳)、Si02U_磁 性颗粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5 < x < 1)(光催化剂壳)、Si02(顺磁性 颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0.5彡x彡1)(光催化剂壳)、MnO(反铁磁性颗 粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5彡x彡1)(光催化剂壳)、MnO(反铁磁性颗粒 核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)(光催化剂壳)。y _Fe203、Si02 和 MnO 的粒径为 0. 06-2 微 米，Y3_xYbxSb07、Y3_xGaxSb07 包裹后粒径为 0. 07-2. 1 微米。核-壳结构的催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)禾P Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)。制备方法是采用脉冲激光溅射沉积的制备方法a.靶材制备以固相烧结的方法制备Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)和 Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材，靶材直径为10mm，厚度为2mm ；b.选取衬底选用铁磁性颗粒、-Fe203、顺磁性颗粒Si02或反铁磁性颗粒MnO作 为衬底；C.采用脉冲激光溅射沉积，激光主波长为248nm，激光功率密度为2 3J/cm2，以 氮气为保护气氛，氮气和氧气(纯度为99. 99%)的压力为8 10Pa，沉积室内初始压力 为6X 10_5Pa 2X 10_3Pa，靶材至衬底的距离为3 7厘米，衬底的温度为300 700°C， 分别溅射Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1)靶材和Y3_xGaxSb07(0. 5≤x≤1)靶材至铁磁性颗 粒Y _Fe203、顺磁性颗粒Si02或反铁磁性颗粒MnO衬底表面，在y _Fe203、Si02或MnO衬 底上沉积厚度不同的膜，薄膜沉积时间为90 120分钟，将上述六种膜分别于氮气或在 氩气中在1340 士 10 V和1340 士 10 V温度下处理60 士 lOmin，使之晶化而得到所需的磁性 复合催化材料 Y-Fe203-Y3_xYbxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)、y-Fe203-Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)、 Si02-Y3-xYbxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1) , S i 0 2-Y 3-xG a XS b 0 7 ( 0 . 5 ≤ x ≤ 1)、Mn0-Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)或 Mn0_Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)。或采用多靶磁控溅射沉积的方法a.靶材制备准备纯金属Yb或Ga与Sb和Y金属靶材，靶材直径为5 6厘米；b.选取衬底选用铁磁性颗粒、_Fe203、、顺磁性颗粒Si02或反铁磁性颗粒MnO作 为衬底；c.采用多靶磁控溅射，溅射功率为60 200W，以氩气为保护气氛，氩气和氧气 (纯度为99. 99%)的压力为4 32mTorr，氧气的流量比(02/(02+Ar))为30% 50%，沉 积室内初始压力为3. 3X10_6Torr 1 X 10_5Torr，靶材至衬底的距离为4 15厘米，衬底 的温度为0 400°C，薄膜沉积速率为1 2nm/min ；在氧气和氩气的混合气体中共溅射纯金属Y、Yb和Sb靶材至铁磁性 颗粒Y_Fe203、顺磁性颗粒3102或反铁磁性颗粒MnO衬底表面，在衬底上沉积形 成Y3_xYbxSb07(0.5 < x ^ 1)膜层，将上述三种膜层于氮气或氩气中在1340 士 10°C 处理60 士 lOmin ；使之晶化而得到所需的光催化剂核壳结构Y_Fe203 (铁 磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化剂壳)、Si02(顺磁性颗粒 核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)或 MnO (反铁磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)。在氧气和氩气的混合气体中共溅射纯金属Y、Ga和Sb靶材至铁磁性颗 粒Y_Fe203、顺磁性颗粒3102或反铁磁性颗粒MnO衬底表面，在衬底上沉积形成 Y3_xGaxSb07(0.5 ^ x ^ 1)膜层，将上述三种膜层于氮气或氩气中在1340士 10°C处理 60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Y _Fe203(铁磁性颗粒核)_Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1) (光催化剂壳)、Si02 (顺磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)或MnO (反铁磁性颗粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)。2、粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)的制备方 法其特征是⑴粉末催化材料Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)或Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)的 制备采用高温固相烧结的方法制备Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)或Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1) 光催化粉末材料；以纯度为99. 99%的Y203、Yb203和Sb205或Y203、Ga203和Sb205为原材料， 将Y、Yb和Sb或Y、Ga和Sb以所述分子式的原子比的Y203、Yb203和Sb205或Y203、Ga203和 Sb205充分混合，然后在球磨机中研磨，粉末的粒径达到1. 4-1. 8微米，在200士40°C烘干 4士 1小时，压制成片，放入高温烧结炉中烧制。将炉温升至700士20°C，保温8士2小时后随 炉冷却，将粉末压片取出粉碎至粒径为1. 3-1. 6微米，再将这些粉末压制成片，放入高温烧 结炉中烧结，最高炉温为730士20°C，保温6士 1小时后随炉冷却，将粉末压片取出粉碎至粒 径为1. 2-1. 5微米，再将这些粉末压制成片，放入高温烧结炉中烧结，升温条件如下a.由 20°C 升温至 400°C，升温时间为 40 士 lOmin ;b.在 400°C 保温 40 士 lOmin ； c.由 400°C升温至 730°C，升温时间为 40士 lOmin ;d.在 730°C保温 480_800min ;e.由 730°C 升温至 1340士50°C，升温时间为 50士 lOmin ；f.在 1340士50°C保温 3800士400min，炉冷。粉末压片经最高温度1340士50°C保温3800士400min后随炉冷却，取出粉末压片 粉碎至粒径为0. 06-0. 32微米，最终制备成功纯净的Y3_xYbxSb07或Y3_xGaxSb07 (0.5^x^1) 粉末光催化材料；(2)采用溶胶-凝胶法制备粉末光催化材料Y3_xYbxSb07(0.5彡x彡1)或 Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)利用改进的Sol-Gel方法，采用有机金属前驱物，制备Y3_xYbxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)禾P Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)。前驱体乙酸镱(Yb (CH3C02) 3)或 乙酸镓(Ga(CH3C02)3)与乙酸钇水合物(Y(CH3C02)3 xH20)和氯化锑(SbCl5)溶于异丙醇 中，且以Y、Yb和Sb或Y、Ga和Sb以所述分子式的原子比，利用上述前驱体按照分段式溶 胶-凝胶制备方法，制备混合氧化物，然后在200士30°C烘干3士 1小时，压制成片，放入高 温烧结炉中烧制，升温条件如下a.由20°C升温至400°C，升温时间为40士 10min;b.在 400°C保温 40士 lOmin ；c.由 400°C升温至 730°C，升温时间为 40士 lOmin ；d.在 730°C保温 480-800min ；e.由 730°C升温至 1050士30°C，升温时间为 20士 lOmin ；f.在 1050士30°C保温 2200士400min，炉冷。粉末压片经最高温度1050士30°C保温2200士400min后随炉冷却，取 出粉末压片粉碎至粒径为0. 04-0. 20微米，最终制备成功纯净的Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1) 和Y3_xGaxSb07(0. 5≤x≤1)粉末光催化材料。本发明的有益效果是通过物理方法或溶胶_凝胶方法成功制备了粉末催 化材料Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1)和Y3_xGaxSb07(0. 5≤x≤1)，同时制备了新型“磁 性颗粒核-光催化剂壳”结构的Y-Fe203 (铁磁性颗粒核)-Y3_xYbxSb07(0.5≤x≤1) (光催化剂壳)、Y "Fe203 (铁磁性颗粒核)_Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)(光催化剂壳)、 Si02 (顺磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5≤x≤1)(光催化剂壳)、Si02 (顺磁性颗粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)、MnO(反铁磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)(光催 化剂壳)、MnO(反铁磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 ^ x ^ 1)(光催化剂壳)。并对其进行 了一系列表征，研究了上述新型光催化材料在可见光或紫外光照射下降解被污染水体中有 机污染物的效率及降解机理，研究在可见光或紫外光照射下分解水制取氢气的效率和光学 活性，通过磁场-光催化反应系统，促进了复合磁性光催化材料在有机物废水中的梯度分 布，同时也促进了磁性复合光催化材料的均勻分布，进而促进了光源和有机污染物的充分 接触，极大地提高了有机污染物的降解效率。
图 1A 为 Y2YbSb07 的 XRD 图谱，图 1B.为 Y2GaSb07 的 XRD 图谱。图2为Y2YbSb07的实测XRD数据与模拟XRD数据的Rietveld软件结构精修图谱 (-:XRD实验数据；...:XRD模拟数据；一:XRD实验数据与模拟数据的差值；| 观测到的 反射位置)。图3为Y2GaSb07的实测XRD数据与模拟XRD数据的Rietveld软件结构精修图谱 (-:XRD实验数据；...:XRD模拟数据；一:XRD实验数据与模拟数据的差值；| 观测到的 反射位置)。图4为Y2YbSb07和Y2GaSb07的漫反射吸收图谱。图 5 为针对 Y2YbSb07 和 Y2GaSb07, ( a hv)2 禾口 hv 关系图谱。图6为可见光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07为催化剂降解罗丹明B所获得的吸 光度与入射光波长关系图谱。图7为在可见光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07为催化剂降解罗丹明B所获得的 罗丹明B浓度和入射光照射时间关系图谱。图8为可见光照射下以Y2YbSb07和Y2GaSb07为催化剂降解罗丹明B所获得的一级 动力学曲线。
图9为可见光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07为催化剂降解罗丹明B所获得的C02产率。图10为可见光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07为催化剂降解罗丹明B时，总有机 碳T0C与入射光照射时间关系图谱。图11为Y2YbSb07和Y2GaSb07的能带结构图。
具体实施例方式粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5≤x≤1)和Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)；此外，新型 “磁性颗粒核_光催化剂壳”结构的、_Fe203 (铁磁性颗粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1) (光催化剂壳)、Y "Fe203 (铁磁性颗粒核)_Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)(光催化剂壳)、 Si02 (顺磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)(光催化剂壳)、Si02 (顺磁性颗粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤x ≤ 1)、MnO (反铁磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)(光催化 剂壳)、MnO (反铁磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)(光催化剂壳)。(1)制备能够在可见光波段或紫外光波段响应的新型光催化 剂 Y3_xYbxSb07(0. 5 ≤ x ≤1)、Y3_xGaxSb07(0. 5≤ x ≤ 1)；制备能够在 可见光波段或紫外光波段响应的新型“磁性颗粒核-光催化剂壳”结构 的Y-Fe203(铁磁性颗粒核)-Y3_xYbxSb07(0.5≤x≤1)(光催化剂壳)、 Y-Fe203 (铁磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5≤x≤1)(光催化剂壳)、Si02(顺 磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1)(光催化剂壳)、Si02(顺磁性颗粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5≤ x ≤ 1)、MnO (反铁磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5≤ x ≤ 1)(光催化 剂壳)、MnO (反铁磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0.≤x≤1)(光催化剂壳)。采用紫外-可 见分光光度计和紫外_可见漫反射光谱仪对上述制备的新型催化剂在可见光(或紫外光) 照射下产生的吸收谱进行了测定，表征了其光吸收性质。测定了上述新型催化剂X射线光 电子能谱(XPS)，探讨了上述新型催化剂表面的电子层结构特征及在磁场作用下催化剂晶 体内电子和空穴的输运机制，分析了磁性颗粒表面负载的催化剂各微区元素组成，并结合 理论计算结果分析了上述新型催化剂的能级结构及电子态密度。(2)采用X射线衍射仪(XRD)对上述新型催化剂进行了物相分析；采用透射电镜 (TEM)分析了上述新型催化剂的微观结构特征；利用扫描电镜(SEM)对上述新型催化剂进 行了组织形貌分析，并结合扫描电镜能谱(SEM-EDS)和X射线光电子能谱(XPS)测定了它 们的成分组成，揭示了新型催化剂表面的电子层结构特征。深层次揭示了新型光催化剂的 微观结构对光催化降解有机污染物效率的影响规律。在可见光(或紫外光)照射下降解水体内染料、阿特拉津或五氯苯酚等难降解有 机污染物的过程中，通过液相色谱/质谱(LC/MS)联用仪及离子色谱仪，测试跟踪了降解上 述有机污染物过程中的中间产物和最终产物，获得了在新型核-壳磁性复合催化剂颗粒作 用下，在可见光(或紫外光)照射下降解水体内多种有机污染物的可能途径，揭示了水体内 染料、阿特拉津或五氯苯酚等有机污染物的降解机制。采用单波长可见光(或紫外光)照射水体内染料、阿特拉津或五氯苯酚等有机污 染物，通过试验研究结果及理论计算成功推导出参与光催化降解反应的光生电荷(光生电 子或者光生空穴)数量，进而推导出参与反应的可见光(或紫外光)光子数，结合计算出的入射光总光子数，最终得出在单波长可见光(或紫外光)作用下降解水体中染料、阿特拉津 或五氯苯酚等有机污染物的光量子效率。
表lY2YbSb07的原子结构参数
具体实施例方式1.粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)的制备工 艺路线如下(1)粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)的制备采用高温固相烧结的方法制 备Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)光催化粉末材料。以纯度为99. 99%的Y203、Yb203和Sb205为原 材料，将Y、Yb、Sb以所述分子式的原子比的Y203、Yb203和Sb205充分混合，然后在球磨机中 研磨，粉末的粒径达到1.4-1. 8微米，在200士40°C烘干4士 1小时，压制成片，放入高温烧结 炉中烧制。将炉温升至700士20°C，保温8士2小时后随炉冷却，将粉末压片取出粉碎至粒径 为1. 3-1. 6微米，再将这些粉末压制成片，放入高温烧结炉中烧结，最高炉温为730士20°C， 保温6士 1小时后随炉冷却，将粉末压片取出粉碎至粒径为1. 2-1. 5微米，再将这些粉末压 制成片，放入高温烧结炉中烧结，升温条件如下a.由 20°C 升温至 400°C，升温时间为 40 士 lOmin ;b.在 400°C 保温 40 士 lOmin ； c.由 400°C升温至 730°C，升温时间为 40士 lOmin ;d.在 730°C保温 480_800min ;e.由 730°C 升温至 1340士50°C，升温时间为 50士 lOmin ；f.在 1340士50°C保温 3800士400min，炉冷。粉末压片经最高温度1340士50°C保温3800士400min后随炉冷却，取出粉末压片 粉碎至粒径为0. 06-0. 32微米，最终制备成功纯净的Y3_xYbxSb07(0. 5 ^ x ^ 1)粉末光催化材料。(2)粉末催化材料Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤1)的制备采用高温固相烧结的方法制 备Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)光催化粉末材料。以纯度为99. 99%的Y203、Ga203和Sb205为原 材料，将Y、Ga、Sb以所述分子式的原子比的Y203、Ga203和Sb205充分混合，然后在球磨机中 研磨，粉末的粒径达到1.4-1. 8微米，在200士40°C烘干4士 1小时，压制成片，放入高温烧结 炉中烧制。将炉温升至700士20°C，保温8士2小时后随炉冷却，将粉末压片取出粉碎至粒径 为1. 3-1. 6微米，再将这些粉末压制成片，放入高温烧结炉中烧结，最高炉温为730士20°C， 保温6士 1小时后随炉冷却，将粉末压片取出粉碎至粒径为1. 2-1. 5微米，再将这些粉末压 制成片，放入高温烧结炉中烧结，升温条件如下a.由 20°C 升温至 400°C，升温时间为 40 士 lOmin ;b.在 400°C 保温 40 士 lOmin ； c.由 400°C升温至 730°C，升温时间为 40士 lOmin ;d.在 730°C保温 480_800min ;e.由 730°C 升温至 1340士50°C，升温时间为 50士 lOmin ；f.在 1340士50°C保温 3900士400min，炉冷。粉末压片经最高温度1340士50°C保温3900士400min后随炉冷却，取出粉末压片 粉碎至粒径为0. 06-0. 31微米，最终制备成功纯净的Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤x ≤ 1)粉末光催化 材料。(3)采用溶胶-凝胶法制备Y3_xYbxSb07(0.5≤x≤1)和Y3_xGaxSb07(0.5≤x≤1) 改变由Garz-Tovar et al采用的Sol-Gel方法，采用有机金属前驱物，制备 Y3_xYbxSb07 (0. 5 ≤ x ≤1)和 Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤1)。购买前驱体乙酸镱(Yb (CH3C02) 3)、 乙酸镓(Ga(CH3C02)3)、乙酸钇水合物(Y(CH3C02)3 xH20)、氯化锑(SbCl5)溶于异丙醇中， 利用上述前驱体按照分段式溶胶_凝胶制备方法，制备混合氧化物，然后在200士30°C烘干 3士 1小时，压制成片，放入高温烧结炉中烧制，升温条件如下。a.由 20°C 升温至 400°C，升温时间为 40 士 lOmin ;b.在 400°C 保温 40 士 lOmin ； c.由 400°C 升温至 730 °C，升温时间为 40 士 lOmin ;d.在 730 °C 保温 480-800min ;e.由 730°C 升温至 1050士30°C，升温时间为 20士 lOmin ；f.在 1050士30°C保温 2200士400min， 炉冷。粉末压片经最高温度1050 士 30°C保温2200 士 400min后随炉冷却，取出粉末压 片粉碎至粒径为0. 04-0. 20微米，最终制备成功纯净的Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)和 Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)粉末光催化材料。2. “磁性颗粒核_光催化剂壳”结构的磁性复合催化材料的制备工艺路线如下(1) y -Fe203 (铁磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5≤x≤1)(光催化剂壳)和 Y "Fe203 (铁磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)(光催化剂壳)的制备采用脉冲激光溅射沉积的方法a.靶材制备通过上述固相烧结的方法制备Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1)靶材和 Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)靶材，靶材直径为10mm，厚度为2mm ；b.选取衬底选用铁磁性颗粒、-Fe203作为衬底；c.采用脉冲激光溅射沉积仪，激光主波长为248nm，激光功率密度为2 3J/ cm2,以氮气为保护气氛，氮气和氧气(纯度为99. 99% )的压力为8 lOPa，沉积室内 初始压力为6X10_5Pa 2X10_3Pa，靶材至衬底的距离为3 7厘米，衬底的温度为 300 700 °C,分别溅射 Y3_xYbxSb07(0. 5 ≤x ≤ 1)靶材和 Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)靴 材至Y-Fe203衬底表面，在Y_Fe203衬底上沉积厚度不同的膜，薄膜沉积时间为90 120分钟，将上述两种膜分别于氮气或在氩气中在1340士 10°C和1340士 10°C温度下处理 60士 lOmin，使之晶化而得到所需的磁性复合催化材料y _Fe203-Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1) 和 y -Fe203-Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)。采用多靶磁控溅射沉积的方法a.靶材制备准备纯金属Yb、Ga、Sb、Y金属靶材，靶材直径为5 6厘米；b.选取衬底选用铁磁性颗粒、-Fe203作为衬底；c.采用多靶磁控溅射仪，溅射功率为60 200W，以氩气为保护气氛，氩气和氧气 (纯度为99. 99%)的压力为4 32mTorr，氧气的流量比(02/(02+Ar))为30% 50%，沉积 室内初始压力为3. 3 X 10_6Torr 1 X 10_5Torr，靶材至衬底的距离为4 15厘米，衬底的温 度为0 400°C，薄膜沉积速率为1 2nm/min。在氧气和氩气的混合气体中共溅射纯金属 Y、Yb和Sb靶材至、-Fe203衬底表面，在衬底上沉积形成Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)膜层，将 此膜层于氮气或氩气中在1340 士 10°C处理60 士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Y_Fe203 (铁 磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5^x^l)(光催化剂壳)；在氧气和氩气的混合气体中共溅射 纯金属Y、Ga和Sb靶材至、-Fe203衬底表面，在衬底上沉积形成Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1) 膜层，将此膜层于氮气或氩气中在1340 士 10°C处理60 士 lOmin;使之晶化而得到所需的 Y "Fe203 (铁磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)(光催化剂壳)。(2) Si02 (顺磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)(光催化剂壳)和 Si02 (顺磁 性颗粒核)_Y3_xGaxSb07(0.光催化剂壳)的制备采用脉冲激光溅射沉积的方法a.靶材制备通过上述固相烧结的方法制备Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)靶材和 Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材，靶材直径为10mm，厚度为2mm ；b.选取衬底选用顺磁性颗粒Si02作为衬底；c.采用脉冲激光溅射沉积仪，激光主波长为248nm，激光功率密度为2 3J/cm2， 以氮气为保护气氛，氮气和氧气(纯度为99. 99%)的压力为8 lOPa，沉积室内初始压力 为6 X 10__5Pa 2 X 10_3Pa，靶材至衬底的距离为3 7厘米，衬底的温度为300 700°C，分 别溅射Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材至Si02衬底表面， 在Si02衬底上沉积厚度不同的膜，薄膜沉积时间为90 120分钟，将上述两种膜分别于氮 气或在氩气中在1340士 10°C和1340士 10°C温度下处理60士 lOmin，使之晶化而得到所需的 磁性复合催化材料 Si02-Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)和 Si02-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)。采用多靶磁控溅射沉积的方法a.靶材制备准备纯金属Yb、Ga、Sb、Y金属靶材，靶材直径为5 6厘米；b.选取衬底选用顺磁性颗粒Si02作为衬底；c.采用多靶磁控溅射仪，溅射功率为60 200W，以氩气为保护气氛，氩气和氧气 (纯度为99. 99%)的压力为4 32mTorr，氧气的流量比(02/(02+Ar))为30% 50%，沉 积室内初始压力为3. 3 X 10_6Torr 1 X 10_5Torr，靶材至衬底的距离为4 15厘米，衬底的 温度为0 400°C，薄膜沉积速率为1 2nm/min。在氧气和氩气的混合气体中共溅射纯金 属Y、Yb和Sb靶材至Si02衬底表面，在衬底上沉积形成Y3_xYbxSb07(0. 5 ^ x ^ 1)膜层，将 此膜层于氮气或氩气中在1340士 10°C处理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Si02 (顺磁 性颗粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5^x^l)(光催化剂壳)；在氧气和氩气的混合气体中共溅射纯金属Y、Ga和Sb靶材至Si02衬底表面，在衬底上沉积形成Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)膜层， 将此膜层于氮气或氩气中在1340士 10°C处理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Si02 (顺 磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化剂壳)。 (3) MnO (反铁磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)(光催化剂壳)和MnO (反铁 磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0.光催化剂壳)的制备采用脉冲激光溅射沉积的方法a.靶材制备通过上述固相烧结的方法制备Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)靶材和 Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材，靶材直径为10mm，厚度为2mm ；b.选取衬底选用反铁磁性颗粒MnO作为衬底；c.采用脉冲激光溅射沉积仪，激光主波长为248nm，激光功率密度为2 3J/cm2， 以氮气为保护气氛，氮气和氧气(纯度为99. 99%)的压力为8 lOPa，沉积室内初始压力 为6X 10_5Pa 2X 10_3Pa，靶材至衬底的距离为3 7厘米，衬底的温度为300 700°C，分 别溅射Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)靶材和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材至MnO衬底表面， 在MnO颗粒衬底上沉积厚度不同的膜，薄膜沉积时间为90 120分钟，将上述两种膜分别 于氮气或在氩气中在1340士 10°C和1340士 10°C温度下处理60士 lOmin，使之晶化而得到所 需的磁性复合催化材料Mn0-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)和Mn0_Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)。采用多靶磁控溅射沉积的方法a.靶材制备准备纯金属Yb、Ga、Sb、Y金属靶材，靶材直径为5 6厘米；b.选取衬底选用反铁磁性颗粒MnO作为衬底；c.采用多靶磁控溅射仪，溅射功率为60 200W，以氩气为保护气氛，氩气和氧气 (纯度为99. 99%)的压力为4 32mTorr，氧气的流量比(02/(02+Ar))为30% 50%，沉积 室内初始压力为3. 3 X 10_6Torr 1 X 10_5Torr，靶材至衬底的距离为4 15厘米，衬底的温 度为0 400°C，薄膜沉积速率为1 2nm/min。在氧气和氩气的混合气体中共溅射纯金属 Y、Yb和Sb靶材至MnO颗粒衬底表面，在衬底上沉积形成Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)膜层，将 此膜层于氮气或氩气中在1340士 10°C处理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的MnO (反铁 磁性颗粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5^x^l)(光催化剂壳)；在氧气和氩气的混合气体中共溅射 纯金属Y、Ga和Sb靶材至MnO衬底表面，在衬底上沉积形成Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)膜层， 将此膜层于氮气或氩气中在1340士 10°C处理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的MnO (反铁 磁性颗粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化剂壳)。3.磁场-光催化反应系统的建立方法核-壳结构的催化材料的应用，通过磁场装置和光催化材料构成的反应系统降解 废水，磁场装置是强度可调式交变磁场发生器，磁场强度选取0. 3 1T (特斯拉)，光源为 氙灯或高压汞灯；采用Y_Fe203(铁磁性颗粒核)-Y2YbSb07 (光催化剂壳)、Si02(顺磁性 颗粒核)-Y2YbSb07 (光催化剂壳)和MnO(反铁磁性颗粒核)_Y2YbSb07 (光催化剂壳)作 为催化剂，或采用Y -Fe203-Y2GaSb07、Si02_Y2GaSb07、Mn0_Y2GaSb07，上述三种磁性复合光 催化材料的体积百分比各占三分之一，上述三种磁性复合催化剂颗粒在水溶液中呈梯度分 布，并且可使其均勻分布在水溶液内上、中、下三层，采用截止滤光片(X > 420nm)，并同 时采用充氧曝气。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。磁场强度亦可为0.05 1.5T(特斯拉)。光源为300W氙灯和400W高压汞灯。选择水中典型难降解有机物五氯酚Pentachlorophenol、染料和阿特拉津Atrazine作为目标降解物。通过磁场控制复合磁性颗粒在含有有机物的水溶液中呈梯度分布，利用不同磁性 (铁磁性、顺磁性和反铁磁性)的磁性颗粒核包覆新型光催化剂，这些磁性复合催化材料在 定向磁场作用下可以促进同类磁性颗粒的混合，避免颗粒团聚，使其完全均勻地分散在水 溶液中从而使磁性复合催化材料均勻分布在水溶液内上、中、下三层。还可根据需要灵活施 加静磁场与交变磁场，可以在很大的长度和成分范围内方便地调整强磁性与弱磁性颗粒的 分布，进而使磁性颗粒表面包覆的光催化剂能够与有机污染物及光源充分接触，在可见光 (或紫外光)照射下有机污染物能够被高效率地降解。核-壳结构催化材料的应用，还在于通过Y2YbSb07或Y2GaSb07粉末为催化剂，或分 别负载Pt，NiO和Ru02辅助催化剂，光源为氙灯或高压汞灯，在密闭的由多个阀门控制的玻 璃管路内部照明反应器内进行分解水制取氢气。4. Y2YbSb07 和 Y2GaSb07 的性能表征通过XRD、XPS结果得知Y2YbSb07和Y2GaSb07皆为单相，且实验原始材料高度纯净， 无任何杂质相。通过X射线荧光光谱仪测定Y2YbSb07的平均原子摩尔百分比为Y Yb Sb 0 =2.00 0. 98 1. 01 6.97。用 Rietveld 软件对 Y2YbSb07 的 XRD 结果进行结构精修， 结构精修因子RP值为RP = 10. 09%。Y2YbSb07的空间群为Fd_3m，结构为立方晶系，烧绿 石结构，晶胞参数 a 为 10. 49977(8) A。Y2YbSb07 各衍射峰的(222)、(400)、(440)、(622)、 (444)、(800)、(662)、(840)、(844)等晶面指数被标定。Y2YbSb07中各个原子的空间原子位 置参数被确定(见表1)。采用紫外可见漫反射光谱仪对Y2YbSb07在光的照射下产生的特 征吸收边进行测定，获得Y2YbSb07的带隙宽度为2. 521eV,获得Y2YbSb07的能带结构，导带 由Y的4d轨道、Yb的4f轨道和Sb的5p轨道构成，价带由0的2p轨道构成。通过X射线荧光光谱仪测定Y2GaSb07的平均原子摩尔百分比为Y Ga Sb 0 =2.00 0. 97 1.02 6.99。用 Rietveld 软件对 Y2GaSb07 的 XRD 结果进行结构精修， 结构精修因子RP值为RP = 12.36%。Y2GaSb07的空间群为Fd-3m，结构为立方晶系，烧绿 石结构，晶胞参数 a 为 10. 17981 (1) A。Y2GaSb07 各衍射峰的(222)、(400)、(440)、(622)、 (444)、(800)、(662)、(840)、(844)等晶面指数被标定。Y2GaSb07中各个原子的空间原子位 置参数被确定(见表2)。采用紫外可见漫反射光谱仪对￥26必1307在光的照射下产生的特 征吸收边进行测定，获得Y2GaSb07的带隙宽度为3. 322eV,获得Y2GaSb07的能带结构，导带 由Y的4d轨道、Ga的4p轨道和Sb的5p轨道构成，价带由0的2p轨道构成。应用实例1.采用Y2GaSb07粉末降解废水中的阿特拉津将Y2GaSb07粉末0. 8g，放入300mL阿特拉津水溶液中形成悬浮体系，阿特拉津水 溶液的初始浓度为0. lmmol厂1，初始pH值为7。选取300W的氙灯照射阿特拉津溶液，配上 截止滤光片(X > 420nm)。实验过程中，用磁力搅拌器和充氧曝气的方式维持催化剂粉末 呈悬浮状态。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。经400分钟，阿特拉津的去除率 为92. 2%，光量子效率为0. 31%，总有机碳T0C的去除率(矿化率)达88. 3%。 2.采用Y2YbSb07粉末降解废水中的阿特拉津 将Y2YbSb07粉末0. 8g，放入300mL阿特拉津水溶液中形成悬浮体系，阿特拉津水
12溶液的初始浓度为0. lmmol L—1，初始pH值为7。选取300W的氙灯照射阿特拉津溶液，配上 截止滤光片(X > 420nm)。实验过程中，用磁力搅拌器和充氧曝气的方式维持催化剂粉末 呈悬浮状态。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。经400分钟，阿特拉津的去除率 为89. 3%，光量子效率为0. 29%，总有机碳T0C的去除率(矿化率)达86. 2%。3.采用Y2GaSb07粉末降解废水中的五氯酚将Y2GaSb07粉末0. 8g，放入300mL五氯酚水溶液中形成悬浮体系，五氯酚水溶液 的初始浓度为0. lmmol厂1，初始pH值为7。选取300W的氙灯照射五氯酚溶液，配上截止滤 光片(X > 420nm)。实验过程中，用磁力搅拌器和充氧曝气的方式维持催化剂粉末呈悬浮 状态。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。经400分钟，五氯酚的去除率为93.4%， 光量子效率为0. 33%，总有机碳T0C的去除率(矿化率)达89. 1 %。4.采用Y2YbSb07粉末降解废水中的五氯酚将Y2YbSb07粉末0. 8g，放入300mL五氯酚水溶液中形成悬浮体系，五氯酚水溶液 的初始浓度为0. lmmol厂1，初始pH值为7。选取300W的氙灯照射五氯酚溶液，配上截止滤 光片(X > 420nm)。实验过程中，用磁力搅拌器和充氧曝气的方式维持催化剂粉末呈悬浮 状态。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。经400分钟，五氯酚的去除率为91.2%， 光量子效率为0. 30%，总有机碳T0C的去除率(矿化率)达88.6%。5.采用Y_Fe203(铁磁性颗粒核)-Y2GaSb07(光催化剂壳)、Si02(顺磁性颗粒 核)-Y2GaSb07(光催化剂壳)和MnO(反铁磁性颗粒核)-Y2GaSb07 (光催化剂壳)降解废 水中的阿特拉津利用自制的磁场-光催化反应系统，通过磁场强度可调式交变磁场发生 器，磁场强度选取0. 3 0. 6T (特斯拉)。光源为300W氙灯。采用、-Fe203 (铁磁性颗粒 核)-Y2GaSb07 (光催化剂壳)、Si02 (顺磁性颗粒核)-Y2GaSb07 (光催化剂壳)和MnO (反铁磁 性颗粒核)"Y2GaSb07 (光催化剂壳)作为催化剂，上述三种磁性复合光催化材料的体积百分 比各占三分之一，选择水中典型难降解的阿特拉津作为目标降解物。当磁场强度为0. 3 0. 6特斯拉时，上述三种磁性复合催化剂颗粒在含有阿特拉津的水溶液中呈梯度分布，并且 可使其均勻分布在水溶液内上、中、下三层。此时选择900mL阿特拉津水溶液，同时所有磁 性颗粒表面涂覆的Y2GaSb07重量接近2. 4g，阿特拉津水溶液的初始浓度为0. lmmol L—1，初 始PH值为7。选取300W的氙灯照射阿特拉津溶液，配上截止滤光片U > 420nm)。实验过 程中，同样采用充氧曝气。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。最后灵活施加静磁 场与交变磁场，可以使磁性颗粒表面包覆的光催化剂能够与有机污染物及光源充分接触， 在可见光照射400分钟后，阿特拉津的去除率达到96. 8%，光量子效率为0. 33%，总有机碳 T0C的去除率(矿化率)达93.2%。6.采用Y_Fe203(铁磁性颗粒核)-Y2YbSb07(光催化剂壳)、Si02(顺磁性颗粒 核)-Y2YbSb07 (光催化剂壳)和MnO (反铁磁性颗粒核)_Y2YbSb07 (光催化剂壳)降解废水 中的阿特拉津利用自制的磁场_光催化反应系统，通过磁场强度可调式交变磁场发生器， 磁场强度选取0.3 0.6T(特斯拉)。光源为300W氙灯。采用Y_Fe203 (铁磁性颗粒 核)-Y2YbSb07 (光催化剂壳)、Si02 (顺磁性颗粒核)-Y2YbSb07 (光催化剂壳)和MnO (反铁磁 性颗粒核)"Y2YbSb07 (光催化剂壳)作为催化剂，上述三种磁性复合光催化材料的体积百分 比各占三分之一，选择水中典型难降解的阿特拉津作为目标降解物。当磁场强度为0. 3 0. 6特斯拉时，上述三种磁性复合催化剂颗粒在含有阿特拉津的水溶液中呈梯度分布，并且 可使其均勻分布在水溶液内上、中、下三层。此时选择900mL阿特拉津水溶液，同时所有磁 性颗粒表面涂覆的Y2YbSb07重量接近2. 4g，阿特拉津水溶液的初始浓度为0. lmmol 初 始PH值为7。选取300W的氙灯照射阿特拉津溶液，配上截止滤光片U > 420nm)。实验过 程中，同样采用充氧曝气。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。最后灵活施加静磁 场与交变磁场，可以使磁性颗粒表面包覆的光催化剂能够与有机污染物及光源充分接触， 在可见光照射400分钟后，阿特拉津的去除率达到93.5%，光量子效率为0.31%，总有机碳 T0C的去除率(矿化率)达90. 4%。7.采用Y_Fe203(铁磁性颗粒核)-Y2GaSb07(光催化剂壳)、Si02(顺磁性颗粒 核)-Y2GaSb07 (光催化剂壳)和MnO (反铁磁性颗粒核)-Y2GaSb07 (光催化剂壳)降解废水 中的五氯酚利用自制的磁场-光催化反应系统，通过磁场强度可调式交变磁场发生器， 磁场强度选取0.3 0.6T(特斯拉)。光源为300W氙灯。采用Y_Fe203 (铁磁性颗粒 核)-Y2GaSb07 (光催化剂壳)、Si02 (顺磁性颗粒核)-Y2GaSb07 (光催化剂壳)和MnO (反铁 磁性颗粒核)-Y2GaSb07 (光催化剂壳)作为催化剂，上述三种磁性复合光催化材料的体积百 分比各占三分之一，选择水中典型难降解的五氯酚作为目标降解物。当磁场强度为0. 3 0. 6特斯拉时，上述三种磁性复合催化剂颗粒在含有五氯酚的水溶液中呈梯度分布，并且可 使其均勻分布在水溶液内上、中、下三层。此时选择900mL五氯酚水溶液，同时所有磁性颗 粒表面涂覆的Y2GaSb07重量接近2. 4g，五氯酚水溶液的初始浓度为0. lmmol 初始pH值 为7。选取300W的氙灯照射五氯酚溶液，配上截止滤光片(入> 420nm)。实验过程中，同 样采用充氧曝气。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。最后灵活施加静磁场与交变 磁场，可以使磁性颗粒表面包覆的光催化剂能够与有机污染物及光源充分接触，在可见光 照射400分钟后，五氯酚的去除率达到96. 7%，光量子效率为0. 35%，总有机碳T0C的去除 率(矿化率)达93.4%。8.采用Y_Fe203(铁磁性颗粒核)-Y2YbSb07(光催化剂壳)、Si02(顺磁性颗粒 核)-Y2YbSb07 (光催化剂壳)和MnO (反铁磁性颗粒核)_Y2YbSb07 (光催化剂壳)降解废水 中的五氯酚利用自制的磁场-光催化反应系统，通过磁场强度可调式交变磁场发生器， 磁场强度选取0.3 0.6T(特斯拉)。光源为300W氙灯。采用Y_Fe203 (铁磁性颗粒 核)-Y2YbSb07 (光催化剂壳)、Si02 (顺磁性颗粒核)-Y2YbSb07 (光催化剂壳)和MnO (反铁 磁性颗粒核)-Y2YbSb07 (光催化剂壳)作为催化剂，上述三种磁性复合光催化材料的体积百 分比各占三分之一，选择水中典型难降解的五氯酚作为目标降解物。当磁场强度为0. 3 0. 6特斯拉时，上述三种磁性复合催化剂颗粒在含有五氯酚的水溶液中呈梯度分布，并且可 使其均勻分布在水溶液内上、中、下三层。此时选择900mL五氯酚水溶液，同时所有磁性颗 粒表面涂覆的Y2YbSb07重量接近2. 4g，五氯酚水溶液的初始浓度为0. lmmol 初始pH值 为7。选取300W的氙灯照射五氯酚溶液，配上截止滤光片(入> 420nm)。实验过程中，同 样采用充氧曝气。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。最后灵活施加静磁场与交变 磁场，可以使磁性颗粒表面包覆的光催化剂能够与有机污染物及光源充分接触，在可见光 照射400分钟后，五氯酚的去除率达到94. 3%，光量子效率为0. 32%，总有机碳T0C的去除率(矿化率)达91. 5%。9.采用Y2GaSb07分解水制取氢气在密闭的由多个阀门控制的玻璃管路内部照明反应器内进行分解水制取氢气实 验，照射光源采用300W的氙灯(入射光通量为4. 513X10"6Einstein L、—1，420nm截止滤光 片)或400W(入射光通量为6. 013Xl(T6Einstein ！/、-1，390nm截止滤光片)的高压汞灯， 在300mL纯水中放入Y2GaSb07粉末0. 8g。溢出的氢气产率采用带有TCD的气相色谱-质谱 联用仪测定，该气相色谱-质谱联用仪和密闭环路内部照明反应器相连。在反应之前密闭 环路内部照明反应器内各种气体被去除，氩气被充入该反应器，直到反应器内的氧气和氮 气被完全去除。在氙灯照射下24小时后，氢气的产量为762. 4微摩尔，氧气的产量为378. 5 微摩尔；在高压汞灯照射下24小时后，氢气的产量为2148. 8微摩尔，氧气的产量为1069.2 微摩尔。以Y2GaSb07粉末为催化剂，分别负载Pt，Ni0和Ru02辅助催化剂分解水制取 氢气，入射光主波长为入=360nm，催化剂0. 8g，纯水300mL，50mL CH30H，光源为400W 高压汞灯，以0. 2wt% _Pt/Y2GaSb07为复合催化剂，24小时后氢气的产量为5. 46mmol ； 以1. Owt % -Ni0/Y2GaSb07为复合催化剂，24小时后氢气的产量为4. 12mmol ；以 1. Owt% -Ru02/Y2GaSb07为复合催化剂，24小时后氢气的产量为3. 18mmol。10.采用Y2YbSb07分解水制取氢气在密闭的由多个阀门控制的玻璃管路内部照明反应器内进行分解水制取氢气实 验，照射光源采用300W的氙灯(入射光通量为4. 513X10"6Einstein L、—1，420nm截止滤光 片)或400W(入射光通量为6. 013Xl(T6Einstein ！/、-1，390nm截止滤光片)的高压汞灯， 在300mL纯水中放入Y2YbSb07粉末0. 8g。溢出的氢气产率采用带有TCD的气相色谱-质谱 联用仪测定，该气相色谱-质谱联用仪和密闭环路内部照明反应器相连。在反应之前密闭 环路内部照明反应器内各种气体被去除，氩气被充入该反应器，直到反应器内的氧气和氮 气被完全去除。在氙灯照射下24小时后，氢气的产量为658.6微摩尔，氧气的产量为326. 1 微摩尔；在高压汞灯照射下24小时后，氢气的产量为1836. 5微摩尔，氧气的产量为915. 8 微摩尔。以Y2YbSb07粉末为催化剂，分别负载Pt，NiO和Ru02辅助催化剂分解水制取 氢气，入射光主波长为入=360nm，催化剂0. 8g，纯水300mL，50mL CH30H，光源为400W 高压汞灯，以0. 2wt% _Pt/Y2YbSb07*复合催化剂，24小时后氢气的产量为4. 72mmol ； 以1. Owt % -Ni0/Y2YbSb07为复合催化剂，24小时后氢气的产量为3. 89mmol ；以 1. 0wt% -Ru02/Y2YbSb07为复合催化剂，24小时后氢气的产量为2. 63mmol。
权利要求
核-壳结构的催化材料，其特征是用如下结构式γ-Fe2O3-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)、γ-Fe2O3-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)、MnO-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)或MnO-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)，γ-Fe2O3、SiO2和MnO的粒径为0.06-2微米，Y3-xYbxSbO7、Y3-xGaxSbO7包裹后粒径为0.07-2.1微米。
2.催化材料，其特征是结构式Y3_xYbxSb07(0.5彡χ彡1)和Y3_xGaxSb07(0. 5彡χ彡1)， 上述粉末的粒径为0. 04-0. 32微米。
3.核_壳结构的催化材料的应用，其特征是通过磁场装置和光催化材料构成的反应系 统降解废水，磁场装置是强度可调式交变磁场发生器，磁场强度选取0. 3 0. 6Τ，光源为氙 灯或高压汞灯；采用Y -Fe2O3-Y2YbSbO7,SiO2-Y2YbSbO7和MnO-Y2YbSbO7作为催化剂，或采用Y-Fe2O3-Y2GaSbO7, SiO2-Y2GaSbO7、MnO-Y2GaSbO7,上述三种磁性复合光催化材料的体积百分 比各占三分之一，上述三种磁性复合催化剂颗粒在水溶液中呈梯度分布，并且可使其均勻 分布在水溶液内上、中、下三层，采用截止滤光片，λ > 420nm，并同时采用充氧曝气。整个 光照反应在密闭不透光的环境下进行。
4.核_壳结构的催化材料的应用，其特征是通过Y2YbSbO7或Y2GaSbO7粉末为催化剂， 或分别负载Pt，NiO和RuO2辅助催化剂，光源为氙灯或高压汞灯，在密闭的由多个阀门控制 的玻璃管路内部照明反应器内进行分解水制取氢气。
全文摘要
本发明核-壳结构的催化材料，用如下结构式γ-Fe2O3-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)、γ-Fe2O3-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)、MnO-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)或MnO-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)，γ-Fe2O3、SiO2和MnO的粒径为0.06-2微米，Y3-xYbxSbO7、Y3-xGaxSbO7包裹后粒径为0.07-2.1微米。催化材料为Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)和Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)。通过磁场装置和光催化材料构成的反应系统降解废水，磁场强度选取0.3～0.6T，光源为氙灯或高压汞灯；采用三种核-壳结构的催化材料在水溶液中降解废水。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。
文档编号B01J23/644GK101850255SQ20101019578
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者张玲燕, 栾景飞, 胡知田, 马坤 申请人:南京大学