磷铝共掺杂型导电氧化锌纳米催化剂的一步合成方法
【专利说明】磷铝共掺杂型导电氧化锌纳米催化剂的一步合成方法
[0001]本发明属于无机化学领域，具体涉及一种磷铝共掺杂型导电氧化锌纳米催化剂的一步合成方法。
【背景技术】
[0002]通过掺杂改性的纳米氧化锌粉体具有特殊的电学、催化和杀菌等优异性能。比如，掺铝氧化锌是氧化锌与氧化铝形成的置换型固溶体，不仅紫外线吸收性能好、化学稳定性高，而且具有颜色浅、可见光透过率高、导电性好等特性，可以广泛应用于抗静电涂料、橡胶和塑料等领域，有取代导电性好但价格昂贵的ITO (In2O3 = Sn)材料的趋势。采用贵金属掺杂的方式，可以获得用于光催降解催化剂的纳米粉体。比如，王李波等采用贵金属来掺杂氧化锌纳米粉体，包括如下步骤:(I)将有机醇溶剂加热至150-190°C ; (2)加入乙酸锌-贵金属盐混合物的水溶液，在150-190°C反应5-60min，反应结束后，离心分离，将所得固体样品洗涤；(3)将步骤(2)所得样品干燥，所得贵金属掺杂氧化锌纳米粉体粒径为30-50nm。该发明获得的产物可应用在在光催化处理有机污水领域(CN201410137559)。发明专利CN201110383611公开了钽掺杂氧化锌纳米粉末光催化剂在水处理抗菌中的应用，菌种包括革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性菌大肠杆菌和铜绿假单胞杆菌。研究表明钽掺杂氧化锌纳米粉末能在暗环境及可见光下抑制细菌生长，而且抗菌性优于纯氧化锌纳米粉末，且光催化可以有效降低暗环境下的MIC，更小的加入量就可以达到较高的抑菌效果。
[0003]目前对氧化锌进行掺杂修饰以提高或者改善其导电、光催化、杀菌等性能，已经是近年来无机化学领域研究的热点之一。按照掺杂物质类别的不同，氧化锌基掺杂材料可以分为如下几类:
1，非金属掺杂比如，发明专利CN201110164917涉及一种膨胀石墨氧化锌复合光催化剂及其制备方法，复合光催化剂组成包括:按重量百分比，10%?99%的膨胀石墨和1%?90%的氧化锌。制备方法包括:(I)向氢氧化钠溶液中按质量体积比I?2g:1OOml加入膨胀石墨，室温下搅拌0.5?3小时，得反应液；(2)将与氢氧化钠摩尔比为1: 0.1?5的乙酸锌溶液加入上述反应液中，在50°C?90°C下反应2?6小时，将混合液真空抽滤，滤渣在60°C?120°C下烘干即得。中国发明专利CN201310589707公开了一种制备具有多级结构碳掺杂氧化锌微球的方法，将葡萄糖酸锌溶解在水中，得到葡萄糖酸锌溶液；将葡萄糖酸锌溶液的PH值调节后进行超声处理；再将葡萄糖酸锌溶液放入微波水热合成仪中，进行合成反应，反应结束后自然冷却到室温，得到中间产物；将中间产物进行离心分离，得到固体，将固体煅烧，得到具有多级结构碳掺杂氧化锌微球。发明专利CN201210015819公开了一种溶剂热法合成氧化锌/石墨烯复合材料的方法，方法是采用氧化石墨、溶剂和锌源混合而成，得到混合溶液；采用溶剂热处理方法处理混合溶液，最后真空烘干，即得氧化锌/石墨烯复合材料。CN201010294546涉及一种F-掺杂的ZnO多孔棱柱阵列薄膜及其制备方法，该薄膜以一种低温化学浴与后续热处理相结合的方法制备。该方法采用简单的Zn(NO3)2和NH4F的混合水溶液，在70°C的低温水浴条件下，直接在导电玻璃基底上制备出棱柱状的Zn (OH) F前驱体阵列膜，再经500°C的热处理，得到纳米多孔结构的ZnO-F棱柱阵列膜。CN200410099023提供了一种制备具有光催化活性的碳纳米管/氧化锌复合粉体的方法。主要特征是以阴离子表面活性剂为分散剂在碳纳米管表面成功引入负电性的活性基团，而不改变碳纳米管的结构。再以锌盐、氢氧化锂为合成氧化锌的原料，在乙醇介质中利用反应离子与活性基团的静电作用以及反应离子之间的化学反应，即可得到氧化锌纳米晶覆盖于碳纳米管表面的复合粉体，晶粒直径约为5?10nm。
[0004]2，金属掺杂中国发明专利CN201310636925公开了一种具有可见光催化活性的镍掺杂氧化锌分级结构光催化纳米材料及其制备方法，该材料组分为=ZrvxNixO，式中x=0.5 - 10mol%。该方法是:将锌盐、镍盐及碱溶解于醇溶剂或醇/水混合溶剂中得到前驱体溶液，金属离子总浓度为0.0625 - 0.25mol/L,碱的摩尔浓度为0.0625 - 2.5mol/L ;置于高压反应釜中密封反应；冷却后乙醇洗涤，空气中干燥，制得具有纳米粒状、空心球、二十面体、六棱柱或类球型等多种分级结构光催化纳米材料。发明专利CN201310122285涉及一种竹炭负载氧化锌掺铜复合催化剂材料的制备及其应用。采用溶胶-凝胶法制备负载于竹炭上的氧化锌掺铜催化剂前驱物，经高温焙烧后制备具有光催化活性的复合催化剂材料。发明专利CN201210106093公开了一种掺杂纳米氧化锌粉体及其制备方法，利用共沉淀-煅烧一步法合成硅铝共掺杂的纳米氧化锌粉体，掺杂元素铝、掺杂元素硅各自与氧化锌的摩尔比均为0.03: I?0.18: I。CN201010275787公开了具有可见光催化活性的过渡金属掺杂氧化锌介孔材料及其制备方法。本发明的过渡金属掺杂ZnO介孔材料组分为:ZrvxRexO(其中Re = Mn，Fe，Co，Cu ;x = 0.1mol?6mol % )。将锌盐、尿素以及用于掺杂的金属盐溶解于蒸馏水中搅拌得到前驱体溶液，金属离子总浓度控制为0.05mol/L-0.2mol/L，尿素与金属离子的摩尔之比控制为5-15 ;置于高压反应釜中密封反应；冷却，去离子水洗涤，真空干燥；然后焙烧，制得的过渡金属掺杂氧化锌介孔材料。CN201010104899涉及一种醇热法制备钴掺杂氧化锌CoxZrvxO多功能磁性纳米粉体的方法，包括:(I)在室温下，将可溶性钴盐和锌盐溶于乙二醇中，机械搅拌，加入无水乙酸钠和聚乙二醇，超声分散得到反应溶液；(2)将反应溶液进行醇热反应，反应温度为180°C?220°C，反应10?14小时，自然冷却至室温；⑶将上述产物离心分离，洗涤，干燥得到CoxZrvxO多功能磁性纳米粉体。CN200810021689公开了一种钽掺杂氧化锌纳米粉末光催化剂，其制备方法及应用。该催化剂制备方法是将可溶性锌盐溶于去离子水中形成锌盐溶液，加入适量的柠檬酸得到透明溶液A ;再取适量钽前体溶液，加入适量乙二醇形成溶液B ;将两种溶液混合，在搅拌过程中加入PVP和硝酸，搅拌0.5?I小时，得到透明溶液；将透明溶液加热，蒸发至原质量的50?70%，再加入为分散剂和稳定剂，搅拌后置于空气中，老化、烘干，形成粉末前体；再进行退火处理，得到样品。CN200510095053涉及掺杂银、稀土金属的纳米氧化锌制备方法及其光催化降解有机物和抗菌的应用，该发明通过有机络合法在纳米氧化锌中掺入银Ag、稀土金属(镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钐Sm、铕Eu、钆Gd、镝Dy、铒Er、钇Y)等，来改善纳米氧化锌的光催化活性。
[0005]3，有机物掺杂发明专利CN201310064916公开了一种氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂的制备方法。采用直接沉淀法和水热法，分别制备出纳米氧化锌，用硅烷偶联剂对所得纳米氧化锌进行表面化学改性，通过乳液聚合法使其与聚苯胺(PANI)复合得到不同形貌的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂。发明专利CN201310013813公开了一种方酸菁染料敏化的氧化锌可见光催化剂的制备方法，将Zn(Ac)22H20和葡萄糖溶于去离子水中，超声形成澄清溶液，将溶液转入聚四氟乙烯高压釜内胆中后，140?180°C的水热反应12?24h，冷却至室温后，将得到的黑色粉体分别用去离子水和无水乙醇进行离心洗涤，在60°C条件下干燥得到氧化锌和碳的复合前驱体，将前驱体置于马弗炉中400?6