一种溶剂热法制备羟基氯化钐光催化剂的方法与流程

本发明涉及光催化剂制备领域，具体涉及一种溶剂热法制备羟基氯化钐光催化剂的方法。

背景技术

在工业和经济日益发达的今天，能源短缺、环境污染等问题变得越来越严重，人们对环境的造成了严重的污染以及人们迫切需求新能源的开发和制备环保的新型能源材料。因此，寻找新的制备清洁能源的材料和发明改善环境问题的材料刻不容缓。

目前，合成sm(oh)2cl的方法有水热法，[cyriljouve,jeromemarrot,didierriou.β-sm(oh)2cl:anwlamellarvariety[j]actacrystallographicasectionc].原料采用smcl3·6h2o，乙基磺酸通过水热法制备sm(oh)2cl，在制备的过程中需要调节ph为碱性，碱性条件下反应过程中提供oh^-，且反应时间为48h左右，反应时间较长，且制备过程对溶液的ph有一定的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种溶剂热法制备羟基氯化钐光催化剂的方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明制备的材料具有很好的光催化性能，且制备的过程简单方便。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种溶剂热法制备羟基氯化钐光催化剂的方法，包括以下步骤：

1)称量smcl3·6h2o溶入无水乙醇中，得到溶液a；

2)将溶液a进行均相水热反应；

3)待均相水热反应结束后，将产物洗涤并干燥得到sm(oh)2cl光催化剂。

进一步地，溶液a中sm³⁺的浓度为7mol/l～8mol/l。

进一步地，步骤2)中将溶液a转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在30％～40％。

进一步地，步骤3)中反应温度为160～180℃，反应时间为5～12h。

进一步地，步骤3)中洗涤具体为：将产物经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤4～6次。

进一步地，步骤3)中干燥具体为：在60℃的温度下干燥5～7h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明以六水合氯化钐(smcl3·6h2o)，乙醇(c2h5oh)为原料合成sm(oh)2cl，在溶液初期存在大量的sm³⁺离子，随着反应的进行由于高温高压环境的存在促使乙醇电离出oh^-，电离出的oh^-取代smcl3中的cl^-从而生成sm(oh)2cl微晶，微晶随着反应的不断进行不断增多，当溶剂达到饱和状态时晶体析出，同时随着oh^-不断消耗，乙醇不断电离出oh^-，以促进反应的不断进行，最终合成出sm(oh)2cl光催化剂，本发明采用溶剂热制备sm(oh)2cl，产物中的oh直接有乙醇在高温电离出的oh^-提供，简化了制备步骤，制备步骤较为简单。

进一步地，反应时间在5～12h之内，大大节约了时间和所消耗的能源，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明不同时间制备的sm(oh)2cl光催化剂的xrd图；

图2为本发明不同时间制备的sm(oh)2cl光催化剂的sem图，其中(a)反应时间5h；(b)反应时间8h；(c)反应时间10h；(d)反应时间12h；

图3为实施例3制备的sm(oh)2cl在紫外光条件下降解mo的降解速率图。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

本发明通过一步溶剂热法制备羟基氯化钐光催化剂。从制备方法上比较，该发明以六水合氯化钐(smcl3·6h2o)，乙醇(c2h5oh)为原料合成sm(oh)2cl，采用溶剂热法，一步法直接制备sm(oh)2cl光催化剂，该方法反应受热均匀，易控制，所得的产物不会存在其他杂相，利用率高，另外该发明所使用原料成本低、易得到目标产物。

具体步骤如下：

1)称量一定量的smcl3·6h2o，溶入30ml～40ml的无水乙醇中，得到所sm³⁺的浓度在7mol/l～8mol/l的溶液，搅拌60min，得到溶液a。

2)将溶液a转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在30％～40％，反应温度控制为160～180℃，反应5～12h。

3)待反应结束后，取出反应物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤4～6次，60℃干燥5～7h即可得到sm(oh)2cl光催化剂。

本发明制备的sm(oh)2cl材料在解决水污染问题方面有着得天独厚的优势，材料可利用光能转化为化学能来处理水体中的有机污染物，同时材料不会对环境造成二次污染，是一种新型环境友好材料。

稀土元素自从被发现以来因具有特殊的物理化学性质，引起了科技工作者的广泛关注。稀土元素具有相近的电子结构和原子半径，因其具有未填满的4f电杂轨道，使其在光、电、磁及催化领域广泛应用。掺杂稀土元素是改善发光材料性能的有效途径，可以实现传统玻璃和陶瓷的功能化。经过科学家们的不懈努力，稀土材料已广泛应用于发光材料、永磁材料、催化材料、功能陶瓷、超导材料、储氢材料等领域。

我国稀土元素储量丰富，为稀土材料的研究提供了得天独厚的优势。sm(oh)2cl作为镧系化合物家族的重要组成部分，在催化领域、光学领域有着巨大的应用前景。溶剂热法制备晶体具有污染小、能耗低、易于控制等特点，在制备sm(oh)2cl晶体有着一定的优势。sm(oh)2cl作为镧系化合物家族中的一员在功能材料领域有着巨大的应用前景。目前对于sm(oh)2cl的研究还比较少，主要集中在其晶体结构的确定。sm(oh)2cl有三种晶体结构分别为：(a)单斜晶系，空间群为p121/m1，a＝6.16，b＝3.8，c＝6.74，α＝λ＝90。，β＝112.17。(b)单斜晶系，空间群为p1121/m，a＝6.18，b＝6.75，c＝3.82,α＝β＝90。λ＝112。(c)正交晶系，空间群为pnma，a＝12.6014，b＝3.7709，c＝6.2740，α＝β＝λ＝90。其为层状结构，二维层沿着a轴方向有序排列。目前对sm(oh)2cl主要集中在晶体结构的研究，对其可控合成及相关应用的报道较少。本发明采用溶剂热法制备出了sm(oh)2cl晶体。目前，sm(oh)2cl的研究其中溶剂热法最为普遍，受热均匀，成本低，简单易控制，合成的样品形貌较好，在光催化领域具有潜在的应用。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

1)称量0.21mol的smcl3·6h2o，溶入30ml的无水乙醇中，得到sm³⁺浓度为7mol/l的溶液，搅拌60min，得到溶液a。

2)将混合溶液a转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在30％，反应温度控制为160℃，反应5h。

3)待反应结束后，取出反应物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤6次，60℃干燥7h即可得到sm(oh)2cl光催化剂。

实施例2

1)称量0.24mol的smcl3·6h2o，溶入33ml的无水乙醇中，得到sm³⁺浓度为7.3mol/l的溶液，搅拌60min，得到溶液a；

2)接着混合溶液a转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在35％，反应温度控制为167℃，反应8h。

3)待反应结束后，取出反应物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤5次，60℃干燥6h即可得到sm(oh)2cl光催化剂。

实施例3

1)称量0.273mol的smcl3·6h2o，溶入36ml的无水乙醇中，得到sm³⁺浓度为7.6mol/l的溶液，搅拌60min，得到溶液a；

2)接着混合溶液a转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在40％，反应温度控制为174℃，反应10h。

3)待反应结束后，取出反应物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤4次，60℃干燥5h即可得到sm(oh)2cl光催化剂。

实施例4

1)称量0.32mol的smcl3·6h2o，溶入40ml的无水乙醇中，得到sm³⁺浓度为8mol/l的溶液，搅拌60min，得到溶液a；

2)接着混合溶液a转移至均相水热釜中，放入均相反应器，填充比控制在40％，反应温度控制为180℃，反应12h。

3)待反应结束后，取出反应物，经去离子水和无水乙醇分别离心洗涤4次，60℃干燥5h即可得到sm(oh)2cl光催化剂。

图1是本发明在不同反应所制备的sm(oh)2cl光催化剂的xrd图，从图中可以看出所制备的样品与标准卡片pfd72-2212(sm(oh)2cl)的峰一一对应且物相较纯，图2是反应不同时间制备sm(oh)2cl的sem图，为反应时间在5h、8h、10h和12h时样品的sem图。由图可知当反应时间为5h时如(a)所示，样品大部分为细小的颗粒状，在局部生长成小的片状。当反应时间进行到8h时如(b)所示，样品显微形貌转变为小的片状堆积成厚度大约为200-400nm的块状，并且自组装在一起，这种结构的形成可能是为了降低样品的表面能所致。反应继续进行，当反应时间达到10h时如(c)所示，样品的片状结构更加明显，由8h的小片状增加为长宽大约为1μm的大片状，并且堆积在一起，但是其中仍有一小部分样品呈现颗粒状及小片状，表明此时样品的结构发育不完整。随着反应时间达到12h时如图(d)所示，样品呈现出由直径大约为0.8-1.5μm，厚度大约为50nm的片堆积成的立方体结构。图3是(sm(oh)2cl)在紫外光条件下降解mo的降解速率图，从图3可以看出，在紫外光照30min后，降解效率达到75％，具有很好的降解效率。