[发明专利]一种铈锰金属离子改性的铝酸盐光催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种铈锰金属离子改性的铝酸盐光催化剂的制备方法，以铝酸盐为原材料，以铈盐和锰盐为改性金属离子，以有机酸为螯合剂络合铈或锰离子，加入适量丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺发生聚合反应并最终形成凝胶。经干燥、烧结、冷却等过程，并改变聚合条件、铈锰离子比例、丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺比例、烧结温度、合成顺序等，采用两步聚合的方式制备出光催化活性可控的核壳结构的铈锰金属离子改性的铝酸盐光催化剂，本方法成本低，设备简单，易批量生产，攻克了传统铝酸盐作为光催化剂时容易发生水解的缺点。

技术领域

本发明涉及无机复合金属氧化物材料制备技术领域，具体是指一种铈锰金属离子改性的铝酸盐光催化剂的制备方法。

背景技术

尖晶石型MAl₂O₄基铝酸盐是一类非常重要的半导体光催化剂，因其具有独特的晶体结构和能带结构，在光催化领域尤其是降解各种有机污染物方面表现出极高的光催化活性。MAl₂O₄原料丰富、环境友好、化学稳定性好、价格低廉、易于制备，是光催化技术工业化应用的重要候选光催化材料。然而，MAl₂O₄光催化剂的带隙较宽，约为3.9eV左右，只能吸收波长小于320nm的紫外光，因此，太阳光的利用率较低。

目前，获得高效半导体光催化剂的途径主要有三个：

(1)提高光生电子-空穴对的分离，增加光子的利用率；

(2)拓展光谱响应范围，充分利用太阳光；

(3)提高光催化剂表面活性。

因此，可考虑上述方式来增强MAl₂O₄的光催化活性。

综合考虑上述三种途径，采用复合Ce、Mn离子的方式增强MAl₂O₄电荷的迁移和分离效率。辐照辅助聚丙烯酰胺凝胶法可合成MAl₂O₄:Ce:Mn光催化剂[Wang,et al.Journal ofElectronic Materials,2019,48(10):6675-6685]，该方法成功地合成了该光催化剂，也提高了MAl₂O₄的光催化活性。但是MAl₂O₄作为光催化剂时易水解，而通过该方法制备的MAl₂O₄:Ce:Mn光催化剂中的MAl₂O₄以复合物的形式存在，并未解决易水解的难题。因此，改进合成方法去合成多层包覆结构的MAl₂O₄:Ce:Mn光催化剂是一大挑战。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种铈锰金属离子改性的铝酸盐光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：称取0.1-2g的MAl₂O₄铝酸盐放入烧杯，M为Mg、Ca、Sr、Ba、Mn、Fe,、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Zr、Cd、Ga、Pd、Ru、Rh、Pt中的一种，再加入一定量的酒精进行超声分散0.5-3小时，随后将其静置澄清后倒掉上层清液。

步骤2：在步骤(1)烧杯中加入20-40mL去离子水，称取6.5235g的铈盐，缓慢加入上述溶液中；随后称取一定量的有机螯合剂，螯合剂与铈离子的摩尔比例为15:1～1:5；待溶解完全后，称取0-100g多糖作为防止塌缩的塌缩剂加入上述溶液中；随后，加入与铈离子摩尔比例为1:5～5:1的丙烯酰胺单体和质量比与丙烯酰胺为0:1～1:10的亚甲基双丙烯酰胺，每加入一种试剂，均需等上一种试剂完全溶解后才继续添加；