[发明专利]一种锌钛复合金属氧化物及其制备和应用

摘要

本发明公开了一种锌钛复合金属氧化物及其制备和应用。该锌钛复合金属氧化物表示为TiO2‑ZnTiO3‑(PO4)n，其中TiO2‑ZnTiO3是由Zn、Ti、O组成的二元金属氧化物。该锌钛复合金属氧化物的制备方法是先制备锌钛复合金属氢氧化物，再将其在空气或惰性气氛下焙烧，转变为锌钛复合金属氧化物，再在酸性溶液中、室温下将锌钛复合金属氧化物中的ZnO溶蚀掉，获得复合氧化物TiO2‑ZnTiO3，然后在磷酸缓冲溶液中处理，得到磷酸根改性的TiO2‑ZnTiO3‑(PO4)n。该材料用于在常温、常压条件下，以水和氧气为原料光合成H2O2的催化剂，由于TiO2‑ZnTiO3‑(PO4)n能够有效抑制H2O2的分解，催化性能显著增强。该催化剂具有绿色、可持续、低成本的特点，适合规模化制备。

主权项

1.一种锌钛复合金属氧化物的制备方法，具体步骤如下：A．将锌盐、钛盐、脲、氟化铵溶于去离子水中配制混合液，其中，锌盐浓度是0.004~0.8mol/L，锌盐与钛盐的摩尔比为3~6，脲的摩尔浓度是锌盐和钛盐摩尔浓度之和的2~8倍，氟化铵的摩尔浓度是锌盐和钛盐摩尔浓度之和的4~10倍；超声同时搅拌3~30 min，将混合液在100~150℃条件下加热搅拌回流12~48小时，冷却至室温，抽滤洗涤至pH=7，60~80℃干燥6~12 小时，得到锌钛水滑石；表示为[ZnxTi(OH)4]2x+(CO32‑)x·nH2O，x代表锌与钛的摩尔比，x=2~6，n表示水分子数，n= 6~15；所述的锌盐是硝酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种，钛盐是异丙醇钛、四氯化钛、硫酸钛中的一种；B．将步骤A得到的锌钛水滑石置于马弗炉或管式炉中，在空气或氮气气氛中焙烧，焙烧条件为：以1~10℃/min的升温速率升至300~800℃，保温1~8 小时，得到y(ZnO) ‑TiO2‑ZnTiO3其中y＝3~11；C．在反应器中按0.5~3g/mL的比例加入上述 y(ZnO) ‑TiO2‑ZnTiO3 和水，在室温、磁力搅拌，转速为200~800 rpm的条件下滴加0.1 ~1 mol/L的HClO4至pH= 1.0~3.0，再在转速为300~1000 rpm磁力搅拌条件下反应3~24 小时，过滤、干燥，得到TiO2‑ZnTiO3固体粉末；D．将K2HPO4·3H2O和KH2PO4溶于去离子水中配制磷酸根的摩尔浓度为0.1~1 mol/L的磷酸缓冲液，其pH= 5~8；按每0.5~3 g/mL的比例加入TiO2‑ZnTiO3到磷酸缓冲溶液中，在室温、磁力搅拌，转速为300~800 rpm的条件下、光照反应1~10 小时，得到磷酸改性的锌钛复合金属氧化物TiO2‑ZnTiO3‑(PO4)n ，其中TiO2‑ZnTiO3是由Zn、Ti、O组成的二元金属氧化物，Zn：Ti摩尔比为2~6:1，二元金属氧化物的晶粒尺寸为30~90 nm，具有多孔特征；(PO4)n附着在TiO2‑ZnTiO3表面，其中n=1~6。