专利名称：一种铜掺杂ZnSnO<sub>3</sub>可见光光催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铜掺杂ZnSnO3光催化剂及其制备方法，属于半导体光催化技术领域。
背景技术：
半导体光催化研究是现在材料和化学领域的前沿课题，在新能源和环境净化方面具有广阔的应用前景。传统的半导体光催化材料只适用于紫外光范围，探索充分利用太阳光的可见光响应光催化材料是推进光催化材料应用的关键。虽然半导体价带与导带之间的能隙缩小就可以以较低能量的光子激发价带的电子，使之跃迁至导带并形成电子-空穴对，但是同时已经形成的电子-空穴对在移动至催化剂表面与污染物反应之前，也较容易再度结合，从而降低材料的催化性能。
为了提高半导体材料的光催化性能，研究人员广泛采用异质结技术来减少电子-空穴对的复合。氧化锌和氧化锡均为窄带半导体，在光催化领域应用非常广泛。通过对它们进行掺杂改性已经成为制备可见光光催化剂的主要手段之一。不仅如此，在形貌设计方面，氧化锌和氧化锡耦合的复合物方面也取得了较大的进展。文献[ZhaojieWang, Zhenyu Li， Hongnan Zhang, Ce Wang, Improved photocatalytic activity ofmesoporous ZnO - Sn02 coupled nanofibers, Catalysis Communications, 2009 (11):257 - 260]通过合成氧化锌和氧化锡耦合的纳米纤维，获得了较高性能的光催化复合物。然而采用复合的手段是难以改变体系的能带结构的。掺杂能够缩小光催化材料的带隙，是增加光催化材料可见光吸收的基本手段。掺杂原子的空间分布是决定掺杂能否缩小带隙的本质因素，即表面掺杂只能在带隙中引入局域化能级，体相掺杂可缩小带隙。因此通过对ZnSnO3这种化合物的掺杂，可以有效地改变其能带结构，从而提高其在可见光范围的光催化特性。
发明内容
本发明的目的就是利用体相掺杂获得一种CuxZrvxSnO3可见光光催化剂，相比较与氧化锌和氧化锡的复合物，铜掺杂的ZnSnO3单相化合物具有更加优良的稳定性和调谐性。本发明涉及的可见光光催化剂，其组成通式为CuxZrvxSnO3,其中0〈x ( 0. I。上述可见光响应的光催化剂的制备方法为
(1)将氧化铜、氧化锌和氧化锡粉末研磨后，按照化学计量比CuxZrvxSnO3配料，其中0〈x ^ 0. I ；
(2)将步骤(I)配好的粉体倒入反应器中，往烧杯中加入质量百分比浓度为0.I 1%的硝酸，氧化锡与所加硝酸的物质的量比为0. I I ;
(3)搅拌使步骤(2)粉体充分溶解，加入质量百分比浓度为0.I 2%的氨水，调节pH值到6 11，使金属氧离子完全沉淀；
(4)洗涤、过滤并干燥步骤(3)沉淀物，放入马弗炉中于400-740摄氏度煅烧0.5 4个小时，直接取出在空气中冷却。所述氧化铜、氧化锌和氧化锡为分析纯。本发明的有益效果是采用体相掺杂方法制备了铜掺杂的ZnSnO3可见光光催化齐U，通过调节铜的含量可以调节ZnSnO3的禁带宽度；产物直接在空气中冷却，有效地防止了杂相的产生；相比较与氧化锌和氧化锡的复合物，ZnSnO3单相化合物减小了复合几率，提高了量子转换效率、具有更好的稳定性和和回收性。所得到的催化剂可以直接应用于处理印染行业的废水。
具体实施例方式以下将通过实施例对本发明进行详细描述，这些实施例只是出于实例性说明的目的，而并非用于限定本发明，下述氧化铜、氧化锌和氧化锡为分析纯。实施例I :
将氧化铜、氧化锌和氧化锡粉末研磨后，按照化学计量比CuatllZna99 SnO3配料；将配好的粉体倒入反应器中，往烧杯中加入质量百分比浓度为O. 2%的硝酸，氧化锡与所加硝酸的物质的量比为O. 2 ;搅拌使粉体充分溶解，加入质量百分比浓度为O. 2%的氨水，调节pH值到9，使金属氧离子完全沉淀；洗涤、过滤并干燥沉淀物，放入马弗炉中于500摄氏度煅烧2个小时，直接取出在空气中冷却；所得的产物加入模拟有机污染物中，模拟有机污染物由浓度为20mg/L的酸性红配制而成，所制备的光催化剂的加入量为lg/L。反应器采用硼硅酸玻璃制作；光源为300瓦氙灯，经过滤波使420纳米以上波长的光到达反应器，反应时间为2小时；经过测试，该催化剂对酸性红的去除率为95. 2%.对该产物重复实验20次，没有发现其光催化性能有明显降低。实施例2:
将氧化铜、氧化锌和氧化锡粉末研磨后，按照化学计量比Cuatl7Zna93 SnO3配料；将配好的粉体倒入反应器中，往烧杯中加入质量百分比浓度为1%的硝酸，氧化锡与所加硝酸的物质的量比为I ;搅拌使粉体充分溶解，加入质量百分比浓度为2%的氨水，调节pH值到11，使金属氧离子完全沉淀；洗涤、过滤并干燥沉淀物，放入马弗炉中于700摄氏度煅烧I个小时，直接取出在空气中冷却。所得的产物加入模拟有机污染物中，模拟有机污染物由浓度为20mg/L的酸性红配制而成，所制备的光催化剂的加入量为lg/L。反应器采用硼硅酸玻璃制作；光源为300瓦氙灯，经过滤波使420纳米以上波长的光到达反应器，反应时间为2小时。经过测试，该催化剂对酸性红的去除率为83. 8%.对该产物重复实验20次，没有发现其光催化性能有明显降低。实施例3:
将氧化铜、氧化锌和氧化锡粉末研磨后，按照化学计量比CuaiZna9 SnO3配料；将配好的粉体倒入反应器中，往烧杯中加入质量百分比浓度为O. 6%的硝酸，氧化锡与所加硝酸的物质的量比为0.6 ;搅拌使粉体充分溶解，加入质量百分比浓度为I. 6%的氨水，调节pH值到10，使金属氧离子完全沉淀；洗涤、过滤并干燥沉淀物，放入马弗炉中于600摄氏度煅烧
2.5个小时，直接取出在空气中冷却。所得的产物加入模拟有机污染物中，模拟有机污染物由浓度为20mg/L的酸性红配制而成，所制备的光催化剂的加入量为lg/L。反应器采用硼硅酸玻璃制作；光源为300瓦氙灯，经过滤波使420纳米以上波长的光到达反应器，反应时间为2小时。经过测试，该催化剂对酸性红的去除率为90. 4%.对该产物重复实验20次，没有 发现其光催化性能有明显降低。
权利要求
1.一种铜掺杂的ZnSnO3可见光光催化剂，其特征在于所述的光催化剂的组成通式为CuxZrvxSnO3,其中 0〈x 彡 0. I。
2.根据权利要求I所述的铜掺杂的ZnSnO3可见光光催化剂的制备方法，其特征在于步骤为 (1)将氧化铜、氧化锌和氧化锡粉末研磨后，按照化学计量比CuxZrvxSnO3配料，其中0〈x ^ 0. I ； (2)将步骤(I)配好的粉体倒入反应器中，往烧杯中加入质量百分比浓度为0.I 1%的硝酸，氧化锡与所加硝酸的物质的量比为0. I I ; (3)搅拌使步骤(2)粉体充分溶解，加入质量百分比浓度为0.I 2%的氨水，调节pH值到6 11，使金属氧离子完全沉淀； (4)洗涤、过滤并干燥步骤(3)沉淀物，放入马弗炉中于400-740摄氏度煅烧0.5 4个小时，直接取出在空气中冷却； 所述氧化铜、氧化锌和氧化锡为分析纯。
全文摘要
本发明公开了一种铜掺杂的ZnSnO3可见光光催化剂及其制备方法。将氧化铜、氧化锌和氧化锡按照化学计量比CuxZn1-xSnO3配料，其中0<x≤0.1，通过共沉淀工艺辅以低温煅烧，获得稳定性良好的铜掺杂的ZnSnO3可见光光催化剂。该催化剂具有较高的量子转换效率和稳定性，可以直接应用于处理印染行业的废水。
文档编号B01J23/835GK102962075SQ20121049188
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者姚毅, 曾鸿鹄, 林华 申请人:桂林理工大学