一种采用非水解溶胶-凝胶工艺制备MgFe2O4/C材料的方法及其制得的材料与流程

本发明属于光催化材料制备领域，具体涉及一种采用非水解溶胶-凝胶工艺制备mgfe2o4/c材料的方法及其制得的材料。

背景技术：

环境和能源是21世纪人类面临和亟待解决的重大问题，光催化技术以其室温深度反应和可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能，而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。光催化材料则是指通过该材料在光的作用下发生的光化学反应所需的一类半导体催化剂材料。近年来，研究最多的半导体光催化剂是tio2；但由于其带隙较宽(eg＝3.2ev)，只能吸收利用太阳光中占比只有3%～5%的紫外光(λ＜387nm)进行光催化反应。因此开发在可见光（太阳光中占比43%）下具有高光催化活性的催化材料已经成为光催化研究的热点。目前，扩大光催化剂的光响应范围，提高其量子效应及对太阳光的利用率，主要从两方面着手：一是对已有的tio2光催化材料进行改性，例如掺杂n和c元素，以及利用含n和c材料与tio2制备成复合材料，但其可见光催化活性仍不能令人满意。

二是研究新型可见光催化材料。一些新型的可见光催化材料已见诸报道。如bi2o3、bi2wo6、bivo4、ag3po4等。这些材料多为成本较贵的氧化物、复合氧化物，同时也面临着使用时难以回收再利用的难题。mgfe2o4光催化材料的出现解决了可见光光催化材料难以回收的问题，同时也降低了这一类材料的成本。然而mgfe2o4的禁带宽度为2.2ev，其吸收限为563.6nm，仍有较大一部分可见光mgfe2o4无法吸收，总体效能仍较低。

对于光催化材料而言，提高光催化剂的可见光响应是直接提高材料总体效能的最有效方法。随着零带隙的石墨烯材料的出现，光催化剂与石墨烯的复合也成为光催化剂改进领域的研究热点，但成本和复合材料的均匀性问题仍是目前这类材料面临的致命瓶颈。

综上所述，急需开发可见光光响应范围宽，光电转换效能高，可见光光催化性能好，回收简便的可见光光催化剂。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种成本低廉、绿色环保、工艺简便、可回收利用、制备周期短并适用于规模生产的采用非水解溶胶-凝胶工艺制备mgfe2o4/c材料的方法及其制得的材料。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种采用非水解溶胶-凝胶工艺制备mgfe2o4/c材料的方法，其特征包括如下步骤：

步骤一：将镁源和铁源溶于有机溶剂中；

步骤二：在一定温度保温引发非水解缩聚反应形成溶胶；

步骤三：对溶胶进行凝胶化处理获得前驱体凝胶；

步骤四：将凝胶研磨处理后，于一定温度热处理获得mgfe2o4/c材料。

所述步骤一中的镁源为镁醇盐或无水低碳有机酸镁。

所述镁醇盐为乙醇镁、甲醇镁、异丙醇镁中的一种；所述无水低碳有机酸镁为无水醋酸镁、无水甲酸镁中的一种。

所述步骤一中的铁源为铁醇盐。

所述铁醇盐为乙醇铁、甲醇铁、异丙醇铁中的一种。

所述步骤一中的有机溶剂为低碳醇或酯类或卤代烷或醚类或酮类。

所述低碳醇为无水乙醇、异丙醇、正丁醇中的一种；所述酯类为乙酸乙酯、混合二元酸酯中的一种；所述卤代烷为二氯甲烷、氯仿、四氯化碳中的一种；所述醚类为乙醚、异丙醚、正丁醚中的一种；所述酮类为丙酮、环己酮、异氟尔酮中的一种。

所述步骤二中形成溶胶的温度为50～130℃，保温时间为2h；所述步骤四中热处理的温度为250～550℃；所述步骤三中的凝胶化方式为直接干燥或回流或容弹处理。

上述mgfe2o4/c材料具有可回收、可见光光催化性能。

所述mgfe2o4/c材料中的c由前驱体中有机基团引入。

本发明的有益之处在于：一种采用非水解溶胶-凝胶工艺制备mgfe2o4/c材料的方法及其制得的材料，该光催化材料由mgfe2o4和c复合而成，且材料由于采用非水解溶胶-凝胶法制备，前驱体直接缩聚形成凝胶，c由凝胶中残余有机基团引入，从而使mgfe2o4和c达到原子级均匀混合，c的存在不仅能与mgfe2o4形成复合能级，使mgfe2o4材料的吸收限由564nm(2.2ev)进一步红移，使复合材料具有更高的效能更高；同时，c也可以及时导出光生电子和空穴，提高材料的光催化性能。mgfe2o4的理论禁带宽度为2.2ev，吸收限在可见光区，为564nm。c的引入不仅能与mgfe2o4形成复合能级，使材料的吸收限红移，从而吸收更宽范围的可见光，提高光电效能；还有助于及时导出光生电子和空穴，提高材料的光催化性能；同时mgfe2o4/c材料具有可回收利用和高可见光光催化活性，实际应用的可行性高，具有广阔的应用前景。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程图；

附图2为本发明实施例1所制样品的xrd图谱；

附图3为本发明实施例1所制样品的fe-sem图片和样品元素面分布；

附图4为本发明实施例2所制样品的吸收光谱。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种采用非水解溶胶-凝胶工艺制备mgfe2o4/c材料的方法及其制得的材料的具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如下：

实施例1：

按镁铁摩尔比为1:2称取镁铁前驱体，在手套箱中量取50ml无水乙醇，倒入锥形瓶中，加入9.15g（0.08mol）乙醇镁，加拌至乙醇镁溶解；另取100ml无水乙醇，倒入另一个锥形瓶中，加入30.56g（0.16mol）乙醇铁，搅拌至乙醇铁溶解；将乙醇镁溶液加入乙醇铁溶液中，60℃加热搅拌2h获得亮黄色透明溶胶；溶胶经过80℃回流24h获得橙红色凝胶，脱除溶剂后获得干凝胶；研磨后经500℃热处理获得深黑色mgfe2o4/c材料。

取0.05g催化剂，加入100ml初始浓度为5mg/l亚甲基蓝溶液，在日光灯管下照射90min，对亚甲基蓝的降解率达96.2%。

图2给出了样品的xrd图谱，图3给出了样品的fe-sem图片和样品元素面分布图片，图4给出了样品的dis-。

实施例2：

将实施例1中的9.15g（0.08mol）乙醇镁，改成11.37g（0.08mol）无水醋酸镁；溶剂无水乙醇换成混合二元酸酯（dbe）；凝胶化回流温度改为130℃；热处理温度改为550℃，其它条件不变，得到深黑色mgfe2o4/c材料。与实施例1同等光催化测试条件下，对亚甲基蓝的降解率达95.8%。

实施例3：

将实施例1中的溶剂无水乙醇换成正丁醚；热处理温度改为300℃，其它条件不变，得到深黑色mgfe2o4/c材料。与实施例1同等光催化测试条件下，对亚甲基蓝的降解率达98.7%。

实施例4：

将实施例1中的溶剂无水乙醇换成异氟尔酮；凝胶化回流温度改为100℃；热处理温度改为300℃，其它条件不变，得到深黑色mgfe2o4/c材料。与实施例1同等光催化测试条件下，对亚甲基蓝的降解率达98.2%。

实施例5：

将实施例1中凝胶化回流改成干燥；热处理温度改为300℃，其它条件不变，得到深黑色mgfe2o4/c材料。与实施例1同等光催化测试条件下，对亚甲基蓝的降解率达95.3%。

实施例6

将实施例1中溶剂无水乙醇换成二氯甲烷；凝胶化回流改成容弹处理；热处理温度改为300℃，其它条件不变，得到深黑色mgfe2o4/c材料。与实施例1同等光催化测试条件下，对亚甲基蓝的降解率达96.2%。