专利名称：一种锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体光催化粉体的制备方法，特别是一种锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法。
背景技术：
随着科学技术的不断发展，环境污染问题日趋严重，开发处理环境污染问题和净化环境的光催化材料越来越受到人们的重视。一般的光催化材料难以满足工业需要，所以开发新的能源保护环境、降解有机污染物、改善城市空气质量等早已成为催化领域研究的主要课题。就国内而言，能源发展前景较好的新能源有水能、风能、太阳能、氢能和生物能。其中，太阳能是最清洁的能源之一，为此，中国政府制定实施了“中国光明工程”计划，模仿自然界植物光合作用原理，开发出人工合成技术被称为“21世纪梦”的技术，它的核心就是研发高效的、能响应太阳光的半导体光催化材料。 就目前而言，国内外对光催化材料的研究大多都停留在二氧化钛及其相关改进上，尽管这些工作取得了相当可观的进展，但由于二氧化钛本身不响应可见光，或通过负载改性也很难响应可见光。因此要规模化利用太阳能还远远不够，探索能够响应可见光的新型半导体光催化材料便成为了当前此领域的研究热点。半导体催化技术是当前备受关注的一种绿色技术，利用太阳能降解有机污染物和分解水制氢方面具有广泛的应用前景。TiO2是研究最为广泛的一种半导体光催化剂，但因其带隙较宽Γ3. 2eV)，只有λ <390nm的紫外光照射时才具有光催化活性，太阳能的利用率较低。因此，开发研究新的可见光催化剂对提高太阳能的利用率具有重要意义。而锰酸钇是一种窄带隙半导体，可有效吸收较宽波长范围的入射光，具有高的催化活性，可有效催化氧化各种有机物，是潜在的可见光催化材料。目前对钙钛矿型锰酸钇单相多铁性材料的制备主要集中在薄膜、陶瓷粉体、纳米棒等三个方面。水热合成法可制备出六方相锰酸钇纳米棒，有学者采用该方法制备出了锰酸钇纳米棒，而且还讨论了不同的反应条件对产物的影响，并测量了它的磁性能。最近，YeYx等人制备出锰酸钇纳米线或纳米管。但是采用微波水热辅助固相法制备锰酸钇半导体光催化材料还鲜有报道。鉴于此，实有必要提供一种可以解决上述问题的锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法，采用微波水热辅助固相法，其操作简单，所制备的锰酸钇半导体光催化粉体化学活性高、光学带隙窄。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法包括以下步骤步骤一取硝酸钇均匀溶液A，高锰酸钾均匀溶液B和硝酸锰溶液C ；
步骤二 按照Y/Mn摩尔比为1:1. 5, Mn7+ = Mn2+摩尔比为1:4 ;将溶液B和C加入至IJ溶液A中，搅拌均匀，调节pH为8 14，形成均匀的共沉淀前驱物D ；步骤三将共沉淀前驱物D倒入微波水热反应釜中，密封反应，反应完成后，冷却
至室温;步骤四取出反应釜内的物料用水冲洗至中性后，煅烧即得锰酸钇半导体光催化粉体。
本发明进一步的改进在于步骤二中，将溶液B和C加入到溶液A中，然后加入去离子水搅拌均匀，使硝酸钇的浓度为O. 0625mol/L。本发明进一步的改进在于步骤三水热反应釜的填充度为40%。本发明进一步的改进在于步骤三中，在微波水热反应釜中密封反应的步骤为首先在100°C保温5min，然后在125°C保温5min，接着在150°C保温lOmin，再在175°C保温15min，最后在 200°C保温 30min。本发明进一步的改进在于所述步骤四的煅烧温度为1100°C。本发明进一步的改进在于步骤二中调节pH值为10-14。本发明进一步的改进在于步骤二中调节pH值为12-14。本发明进一步的改进在于步骤二中调节pH值为14。本发明进一步的改进在于步骤一中所述硝酸钇均匀溶液的浓度为O. lmol/L ;所述高锰酸钾均匀溶液的浓度为O. lmol/L ;所述硝酸锰溶液为50%的硝酸锰溶液。相对于现有技术，本发明微波水热法制备锰酸钇纳米粉体的方法至少具有以下优点本发明采用微波水热法辅助固相法制备锰酸钇半导体光催化粉体，由于微波反应具有速度快，无温度梯度等优点，不仅制备成本低、操作简单、反应周期短、产物化学活性高。该方法制备的锰酸钇粉体具有窄的光学带隙(Eg=l. 55eV)。同时，其吸收波长大于800nm，对探索能够响应可见光的新型半导体光催化材料具有重要意义。
图I是由本发明制备的不同pH的锰酸钇半导体光催化粉体的X-射线衍射(XRD)图；图2a和图2b是由本发明制备的锰酸钇半导体光催化粉体的紫外-可见吸收光谱和(ahv)2与hv的关系曲线；图3是由本发明实施例2制备的锰酸钇半导体光催化粉体降解甲基橙时，甲基橙的降解率随光照时间的变化关系图。
具体实施例方式实施例I :本实施例中制备的锰酸钇半导体光催化粉体的前驱液pH为8。步骤一取浓度为O. lmol/L的硝酸钇均匀溶液A，浓度为O. lmol/L的高锰酸钾均匀溶液B和50%硝酸锰溶液C ；步骤二 按照Y/Mn摩尔比为:I: I. 5，Mn7+:Mn2+摩尔比为:1:4将溶液B和C加入到溶液A中，加入去离子水搅拌均匀，使硝酸钇的浓度为0. 0625mol/L ;调节至pH为8，形成均匀的共沉淀前驱物D ;步骤三将共沉淀前驱物D倒入微波水热反应釜中，控制填充度为40%，密封反应，首先在100°C保温5min，然后在125°C保温5min，接着在150°C保温lOmin，再在175°C保温15min，最后在200 C保温30min。反应完成后，冷却至室温；
步骤四取出反应釜内的物料用水冲洗至中性后，1100°C煅烧即得锰酸钇半导体光催化粉体。实施例2:本实施例中制备的锰酸钇纳米粉体的前驱液pH为14。步骤一取浓度为O. lmol/L的硝酸钇均匀溶液A，浓度为O. lmol/L的高锰酸钾均匀溶液B和50%硝酸锰溶液C ；步骤二 按照Y/Mn摩尔比为I: I. 5，Mn7+:Mn2+摩尔比为1:4将溶液B和C加入到溶液A中，加入去离子水搅拌均匀，使硝酸钇的浓度为O. 0625mol/L ;调节至pH为14，形成均匀的共沉淀前驱物D ;步骤三将共沉淀前驱物D倒入微波水热反应釜中，控制填充度为40%，密封反应，首先在100°C保温5min，然后在125°C保温5min，接着在150°C保温lOmin，再在175°C保温15min，最后在200 C保温30min。反应完成后，冷却至室温；步骤四取出反应釜内的物料用水冲洗至中性后，1100°C煅烧即得锰酸钇半导体光催化粉体。实施例3 步骤一取浓度为O. lmol/L的硝酸钇均匀溶液A，浓度为0. lmol/L的高锰酸钾均匀溶液B和50%硝酸锰溶液C ；步骤二 按照Y/Mn摩尔比为I: I. 5，Mn7+:Mn2+摩尔比为1:4将溶液B和C加入到溶液A中，加入去离子水搅拌均匀，使硝酸钇的浓度为0. 0625mol/L ;调节至pH为10，形成均匀的共沉淀前驱物D ；步骤三将共沉淀前驱物D倒入微波水热反应釜中，控制填充度为40%，密封反应，首先在100°C保温5min，然后在125°C保温5min，接着在150°C保温lOmin，再在175°C保温15min，最后在200 C保温30min。反应完成后，冷却至室温；步骤四取出反应釜内的物料用水冲洗至中性后，1100°C煅烧即得锰酸钇半导体光催化粉体。实施例4 步骤一取浓度为0. lmol/L的硝酸钇均匀溶液A，浓度为0. lmol/L的高锰酸钾均匀溶液B和50%硝酸锰溶液C ；步骤二 按照Y/Mn摩尔比为:I: I. 5，Mn7+:Mn2+摩尔比为:1:4将溶液B和C加入到溶液A中，加入去离子水搅拌均匀，使硝酸钇的浓度为0. 0625mol/L ;调节至pH为12，形成均匀的共沉淀前驱物D ；步骤三将共沉淀前驱物D倒入微波水热反应釜中，控制填充度为40%，密封反应，首先在100°C保温5min，然后在125°C保温5min，接着在150°C保温lOmin，再在175°C保温15min，最后在200 C保温30min。反应完成后，冷却至室温；步骤四取出反应釜内的物料用水冲洗至中性后，1100°C煅烧即得锰酸钇半导体光催化粉体。请参阅图I所示，由本发明方法制备出来的不同pH的锰酸钇半导体光催化粉体，当溶液中NaOH含量较高时有利于锰酸钇的形成，尤其是YMn2O5,且结晶性能也较好。当NaOH含量较少时，有少量的锰酸钇产生，这是由于在较弱的碱性条件下，环境的影响相对较小，晶体的生长方向主要由其内部结构决定。请参阅图2所示，YMn2O5粉体的截止吸收波长大于800nm,这表明YMn2O5半导体能够吸收较宽波长的入射光，其中包括所有波段的可见光谱(390nnT780nm)。当pH=8时，制备样品的带隙Eg I. 65eV。当pH=14时，制备样品的带隙Eg I. 55eV。由此可得，矿化剂量的不同会影响样品的粒径，从而引起光学带隙的不同。TiO2作为典型的紫外光光催化剂，其带隙约为3. 2eV，而YMn2O5粉体具有较小的带隙，这就预示其具有良好的可见光光催化性倉泛。请参阅图3所示，由本发明方法制备出来的锰酸钇半导体光催化粉体降解甲基橙时，经高压汞灯照射10min、20min、30min，甲基橙的降解率分别达26%、31%、37%。另外，为 了进行对比，将溶液在暗室中放置30min，甲基橙的降解率不足3%，其值远小于在光照条件下甲基橙的降解率。由此可得，YMn2O5粉体具有良好的光催化活性，而且随光照时间的增加YMn2O5粉体对甲基橙的降解率增强。以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一取硝酸钇均匀溶液A，高锰酸钾均匀溶液B和硝酸锰溶液C ； 步骤二 按照Y/Mn摩尔比为1:1. 5，Mn7+ = Mn2+摩尔比为1:4 ;将溶液B和C加入到溶液A中，搅拌均匀，调节pH为8 14，形成均匀的共沉淀前驱物D ； 步骤三将共沉淀前驱物D倒入微波水热反应釜中，密封反应，反应完成后，冷却至室温； 步骤四取出反应釜内的物料用水冲洗至中性后，煅烧即得锰酸钇半导体光催化粉体。
2.如权利要求2所述的锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法，其特征在于步骤二中，将溶液B和C加入到溶液A中，然后加入去离子水搅拌均匀，使硝酸钇的浓度为O. 0625mol/L0
3.如权利要求I所述的锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法，其特征在于步骤三水热反应釜的填充度为40%。
4.如权利要求I所述的锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法，其特征在于步骤三中，在微波水热反应釜中密封反应的步骤为首先在100°C保温5min，然后在125°C保温5min，接着在150°C保温lOmin，再在175°C保温15min，最后在200°C保温30min。
5.如权利要求I所述的锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法，其特征在于所述步骤四的煅烧温度为1100°c。
6.如权利要求I所述的锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法，其特征在于步骤二中调节pH值为14。
7.如权利要求I所述的锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法，其特征在于步骤一中所述硝酸钇均匀溶液的浓度为O. lmol/L ;所述高锰酸钾均匀溶液的浓度为O. lmol/L ;所述硝酸锰溶液为50%的硝酸锰溶液。
全文摘要
本发明提供了一种锰酸钇半导体光催化粉体的制备方法，按照Y/Mn摩尔比为1:1.5，Mn7+:Mn2+摩尔比为1:4；将硝酸钇、高锰酸钾和硝酸锰溶于去离子水中；然后向溶液中滴加氢氧化钠，调节pH为8~14，形成均匀的前驱液；将前驱液倒入水热反应釜中并密封；放进微波消解仪中进行微波水热合成，冷却至室温，将产物用去离子水和无水乙醇洗涤数次，经1100℃煅烧制得。采用微波水热法辅助固相法制备，有效降低反应温度，提高粉体活性。该方法制备的锰酸钇粉体具有窄的光学带隙(Eg=1.55eV)。同时，其吸收波长大于800nm，对探索能够响应可见光的新型半导体光催化材料具有重要意义。
文档编号B01J23/32GK102895968SQ20121034424
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者蒲永平, 刘丹, 石轩, 罗玥玥 申请人:陕西科技大学