[发明专利]一种锌铜铝铒复合氧化物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌铜铝铒复合氧化物及其制备方法和应用，属于光催化材料领域。

背景技术

随着环境污染尤其是水体污染的日益严重，人类遭受了前所未有的生存危机与挑战，寻找有效治理污染的途径受到越来越广泛的重视。利用光催化降解有机污染物是迄今为止发现的最为绿色环保和节约能源的污染治理途径之一。光催化不仅可充分利用太阳光能源，且对大部分有机污染物都可无选择性地降解，在污染治理领域占据越来越重要的地位。

类水滑石，是结构与镁铝水滑石类似的一类具有特殊层状构型的功能材料，又称层状混合金属氧化物，结构式为[M(II)_1-xM(III)_x(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·mH₂O，其中M(II)和M(III)分别为二价和三价金属离子；x为三价金属离子所占比例，其范围是0.2～0.33；A^n-为层间阴离子。通过调换二价离子和三价金属离子，在不改变类水滑石结构的前提下，可以合成各种混合金属氢氧化物，以该类混合金属氧化物为前体，则可制备高分散的金属复合氧化物半导体。如果将二价和三价的过渡金属离子Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Fe³⁺等引入类水滑石材料中，经高温煅烧后就可获得具有光催化活性的复合金属氧化物。如利用Zn²⁺替代水滑石中的Mg²⁺可以合成锌铝类水滑石，锌铝类水滑石经高温煅烧获得的锌铝复合氧化物ZnO/ZnAl₂O₄纳米复合材料，材料中ZnO与ZnAl₂O₄之间存在异质结构，有利于电子与空穴的分离，提高了氧化锌类纳米材料的紫外光催化活性；以Cu²⁺、Zn²⁺代替水滑石中的Mg²⁺可以合成铜锌铝类水滑石，经高温煅烧所得铜锌铝复合金属氧化物由于提高了表面活性中心Cu²⁺的分散度，可显著提高其对苯酚的选择性氧化的活性；利用Cu²⁺、Co²⁺代替水滑石中的Mg²⁺可以合成铜钴铝类水滑石，该水滑石不经煅烧，就可在可见光激发下，光催化降解甲基橙。

但目前，利用类水滑石作为前躯体，仅获得了在紫外和可见光区域具有活性的复合氧化物类光催化剂。而到达地面的太阳光能中，近红外光占到了近一半，因此，发展具有近红外光响应的光催化剂，在近红外光照射下催化降解有机污染物意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以类水滑石作为前躯体所制备的在紫外、可见和近红外光区域都具有光催化活性的复合氧化物类光催化剂。

本发明还提供了上述复合氧化物类光催化剂的制备方法，及上述复合氧化物类光催化剂的应用。

本发明的技术方案

一种锌铜铝铒复合氧化物，其化学结构式为：Zn_14.4Cu_3.6Al_6-xEr_xO₂₇，其中x=2-0.2。

上述锌铜铝铒复合氧化物，呈不规则层状结构，部分具有类似水滑石的层状结构，粒径10-150nm；透射电镜照片如附图1所示。

本发明的锌铜铝铒复合氧化物，通过铒离子的掺杂，产生缺陷能级，捕获光生载流子，促进近红外光激发时光生载流子的分离，在近红外光照射下，对有机污染物产生很好的光催化降解作用，且在紫外光、可见光照射下，都对有机污染物产生良好的催化降解作用；属于具有近红外光催化活性的宽光谱光催化剂。另外，铒离子的掺杂，还使得本发明的锌铜铝铒复合氧化物在黑暗中对甲基橙的吸附去除率明显提高。

本发明的锌铜铝铒复合氧化物，其锌离子、铜离子、铝离子和铒离子的摩尔比只能是本发明的72:18:（20-29）:（10-1），其中优选的比例为72:18:25:5（x=1）；否则，在近红外光照射下不会对有机污染物产生光催化降解作用。

上述锌铜铝铒复合氧化物的制备方法，先采用共沉淀法制备具有类水滑石结构的锌铜铝铒混合金属氢氧化物，然后在500-900^oC下煅烧3小时。

上述制备方法，包括以下步骤：