[发明专利]金属氧化物纳米材料

说明书

技术领域

本发明涉及金属氧化物纳米材料，属于纳米材料制备和应用领域。

技术背景

光催化剂作为一种催化材料，可以利用光能，在光照下降解有机物，达到 净化环境的目的。近年来，随着生产力的不断发展，能源和环境问题也越来越 严重，光催化剂的研究也成为了研究的热点。目前已经制备了多种光催化剂， 主要有氧化物(如二氧化钛、氧化锌、二氧化锡等)、硫化物(如硫化锌、硫化镉 等)、多元氧化物(如Bi₂WO₆，ZnSnO₃、BiVO₄等)及其复合物。

要提高光催化剂的活性，主要在于提高催化剂对光子的吸收率以及减少电 子空穴对的复合从而提高光子的利用率。目前，运用的方法主要是通过掺杂、 表面改性以及几种材料复合等方法来实现，其中应用最广的是复合的方法。通 过几种不同材料的复合，不同材料之间的偶合作用可以使得光激发产生的电子 和空穴对分离，提高光子的利用率从而提高催化剂的光催化活性。目前已经制 备了多种复合光催化剂，如TiO₂/C、ZnO/SnO₂等。但是复合材料的制备工艺 相对复杂，成本较高，这也限制了它的应用。

随着纳米科学技术的发展，纳米材料的研究也越来越深入。纳米材料具有 大的比表面积，可以提供更多的活性位置，在催化领域有广阔的应用前景。目 前已经制备了多种具有纳米结构的光催化剂，纳米光催化剂表现出了大大高于 普通光催化剂的活性。

发明内容

本发明的光催化剂是将氧化锌纳米材料和二氧化锡纳米材料以质量比混 合，混合物中氧化锌的质量分数为10％-50％，得到的混和物具有高效的光催化 性能，混和物由氧化锌和二氧化锡微米球组成，微米球的直径为0.2至3微米， 微米球由直径10-100纳米棒和/或直径5-50纳米颗粒组装而成。

本发明的制备方法是以水和一种低级一元醇(如甲醇、乙醇、异丙醇等)的混 合液作为溶剂，所述混合溶剂中醇的体积分数为20％-60％。选取一种表面活性 剂(如十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、或者聚乙烯吡咯烷酮等)为分散剂，其 浓度为0.01—1摩尔/升；以锌和锡的可溶性金属盐(如卤化物、硝酸盐、硫酸盐 和醋酸盐等)和强碱(碱金属和碱土金属的氢氧化物例如氢氧化钠和氢氧化钾)为 原料，在室温下形成均匀的透明溶液。可溶性两性金属盐的浓度为0.01—1摩 尔/升，强碱的浓度为0.5—5摩尔/升。然后再选取一种有机弱酸酯(如乙酸乙酯、 乙酸甲酯、甲酸乙酯或者甲酸甲酯等)作为反应物，其浓度为0.5—5摩尔/升。 将有机弱酸酯与上述透明溶液混合后转入反应釜中，在60—220℃下进行微波 溶剂热处理，处理时间为5-120分钟。微波溶剂热处理结束后，对产物进行离 心分离、用水或者无水乙醇洗涤，然后在室温至100℃温度下、空气气氛下干 燥即可得到相应的氧化物纳米材料。

本发明的光催化剂的光催化性能大大高于单独组分的氧化锌或者二氧化锡 的光催化活性，同时也大大高于商品的氧化锌和商品的二氧化锡的混和物的光 催化活性。

本发明还具有如下优点：

1.制备方法简单，通过简单混合的方法就可以得到。

2.氧化锌纳米材料和二氧化锡纳米材料采用微波加热的方式制备，可大大缩 短反应时间，提高生产效率。

3.原料廉价易得，操作方便，制备工艺简单，产率高，不需要复杂昂贵的设 备，易于实现工业化生产。

附图说明

图1160℃微波溶剂热30分钟得到的由纳米棒组装成的ZnO微米球的扫 描电子显微镜照片：球的直径为1-2微米。

图2160℃微波溶剂热30分钟得到的由纳米颗粒组装成的SnO₂纳米球的 扫描电子显微镜照片：球的直径为200-300纳米。

图3制备的ZnO微米球、SnO₂纳米球以及两者以1：3质量比混合后对甲 基橙的光催化降解曲线。

图4商品的ZnO、SnO₂以及两者以1：3质量比混合后对甲基橙的光催化 降解曲线。

具体实施方式

用下面非限定性实施例进一步说明实施方式及效果。

实施例1