CN104549397A

CN104549397A - 一种β-Ga2O3/SiC纳米复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN104549397A
Application number: CN201410777501.0A
Authority: CN
Inventors: 辛柏福; 周长青; 陈鹏刚; 王虹; 吴杰
Original assignee: Heilongjiang University
Current assignee: Heilongjiang University
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: CN104549397B

Abstract

一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法。本发明涉及一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法。本发明是为解决现有方法存在的粒径大、制备过程复杂和反应时间长的问题。方法：一、将尿素加入到去离子水中加热并搅拌至尿素完全溶解，再加入Ga(NO₃)₃溶液，搅拌至得到无色透明溶液；二、转移至内衬为聚四氟乙烯的容器中，然后将容器置入微波消解炉中加热，反应结束后自然冷却至室温，得到γ-Ga₂O₃前驱体；三、逐滴加入到SiC，然后先微波蒸干水分，再微波热处理，得到含SiC的固体混合物；四、将含SiC的固体混合物加入到去离子水中离心，再真空干燥，得到β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料。

Description

一种β-Ga2O3/SiC纳米复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法。

背景技术

自从首次观察到TiO₂电极在光照射下能够分解水以来，以TiO₂为代表的半导体光催化剂的研究就已经成为材料学中最受关注的热点之一。然而TiO₂和它的改性材料对一些难降解污染物(如全氟辛酸)的降解仍然表现出较低的活性。所以，开发一种TiO₂以外的纳米材料作为有效的光催化剂成为一项具有挑战性的课题。

目前具有更宽带隙的Ga基纳米材料(如GaOOH、Ga₂O₃)的合成已受到广泛关注。特别是β-Ga₂O₃(E_g＝4.8eV，E_cb＝-2.95eV)，相对于TiO₂(E_g＝3.2eV，E_cb＝-4.21eV)具有更宽的带隙，其导带光生电子比TiO₂的光生电子具有更强的还原能力，因此主要应用于光催化领域。

目前，β-Ga₂O₃的直接制备方法包括：水热法、溶胶-凝胶法、强制水解法、超声化学法和化学气相沉淀法等。全玉等人报道了α-Ga₂O₃:Eu³⁺和β-Ga₂O₃:Eu³⁺的制备方法。该方法是以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为表面活性剂，采用水热法，将原料在170℃下加热10h后，分别在600℃和900℃下焙烧5h得到粒径为50-70nm的样品。黄等人发明出一种复合材料的制备方法，先用激光烧蚀后将溶液冷凝回流处理(在121℃下反应23h)制备出长约10μm，直径为50nm的GaOOH纳米线。然后将上述GaOOH纳米线分别在500℃焙烧6h和750℃焙烧18h后，分别得到相同形貌的γ-Ga₂O₃和β-Ga₂O₃。孙等人以硝酸镓(Ga(NO₃)₃)作为镓源，采用微波水热法制备出GaOOH纳米棒。所得纳米棒长几微米，直径50-100nm，表面积为14.3m²g^-1。然而，上述制备方法还存在很多不足，如，结晶度差、粒径大、制备过程复杂和反应时间长等。

因此如何通过一种快捷而有效的的方法制备超细高晶化度及高活性的β-Ga₂O₃成为研究热点。

发明内容

本发明是为解决现有方法存在的粒径大、制备过程复杂和反应时间长的问题，而提供一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法。

本发明的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、在搅拌速度为100r/min～500r/min的磁力搅拌下将尿素加入到去离子水中，然后在温度为40～100℃和搅拌速度为100r/min～500r/min的条件下加热至尿素完全溶解，再在搅拌速度为100r/min～500r/min的条件下加入Ga(NO₃)₃水溶液，并在搅拌速度为100r/min～500r/min的条件下搅拌至得到无色透明溶液；

所述的尿素的质量与去离子水的体积的比为1g：(2～4)mL，所述的尿素的质量与Ga(NO₃)₃水溶液的体积的比为1g：(2～4)mL，所述的Ga(NO₃)₃水溶液的浓度为50g/L～70g/L；

二、将步骤一得到的无色透明溶液转移至内衬为聚四氟乙烯的容器中，然后将容器置入微波消解炉中，在温度为100～140℃下加热1min～30min，反应结束，然后自然冷却至室温，得到半透明水溶胶，即γ-Ga₂O₃前驱体；

三、将步骤二得到的γ-Ga₂O₃前驱体逐滴加入到SiC中，滴加速度为2g/min～4g/min，然后在微波功率为300W～500W的条件下加热至蒸干溶液中的水分，再在微波功率为100W～1000W的条件下热处理5min～60min，冷却至室温，得到含SiC的固体混合物；

步骤三中所述的γ-Ga₂O₃前驱体与SiC的质量比为1：(1～3)，所述的SiC的目数为20～20000目；

四、将步骤三得到的含SiC的固体混合物加入到去离子水中，在搅拌速度为100r/min～200r/min的条件下进行搅拌，搅拌2min～5min，然后取上层悬浊液在转速为8000r/min～15000r/min的条件下进行离心，再将得到的粉体在真空条件下干燥10h～14h，得到β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料。

步骤四中将步骤三得到的含SiC的固体混合物加入到去离子水中，在搅拌速度为100r/min～200r/min的条件下进行搅拌，搅拌2min～5min，此时SiC大颗粒沉积在下层，而γ-Ga₂O₃前驱体与SiC反应生成的物质在去离子水中形成悬浊液。

本发明的有益效果：

本发明阐述了一种新颖而快捷的制备超细高晶化度及高活性的β-Ga₂O₃/SiC复合材料的方法。该方法是一个复合方法，由微波辅助水热均匀沉淀法和“闪热”法两部分组成。前者是在微波辐射条件下，反应釜中的水分子做无规则的剧烈运动，使得γ-Ga₂O₃均匀、快速成核，从而制得粒径均一的超细前驱体。“闪热”法的反应装置是自制的，主体是普通微波炉，在其内部放置一个盛有6H-SiC粒子的坩埚。在微波场中，碳化硅作为微波吸收剂和载体，其颗粒表面和颗粒之间的空隙作为微反应(焙烧)炉。在微波热处理前驱体阶段，SiC吸收微波转化成热量，其表面温度瞬间达850℃以上；存在于SiC表面和SiC颗粒堆积形成的微反应腔中的γ-Ga₂O₃前驱体，在高温条件下发生晶核的生长和晶型的转化。由于γ-Ga₂O₃纳米粒子被SiC粒子分隔开，γ-Ga₂O₃纳米粒子之间团聚的可能性小。这样在微波热处理过程中，γ-Ga₂O₃纳米粒子被烧结在SiC粒子表面，从而制得β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料。

本发明的方法主要具有以下优点：

1、本发明设备结构简单，操作易行，成本低，短时间就能实现β晶型的转变，反应时间比现有方法缩短了2h～40h。

2、本发明制备的复合材料在微波无极灯下具有显著的光催化活性，可以有效地催化降解有机污染物。

3、本发明制备的高活性β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料是粒径为20～50nm的β-Ga₂O₃纳米粒子包覆在亚微米的SiC粒子表面形成的纳米复合材料，本发明所制备的β-Ga₂O₃/SiC具有晶化度高、粒径小及催化活性高等特点，可应用于光催化及光解水制氢等多个领域

附图说明

图1为验证试验(一)中试验一步骤二得到的γ-Ga₂O₃前驱体XRD图；

图2为验证试验(二)中试验一步骤二得到的γ-Ga₂O₃前驱体的TEM图；

图3为验证试验(三)中β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的XRD图；其中a为试验一得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料，b为试验二得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料，c为试验三得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料，d为试验四得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料；

图4为验证试验(四)中试验一得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图；

图5为验证试验(四)中试验二得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图；

图6为验证试验(四)中试验三得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图；

图7为验证试验(四)中试验四得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图；

图8为验证试验(五)中β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的XRD图；其中a为试验五得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料，b为试验六得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料，c为试验三得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料；

图9为验证试验(六)中试验五得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图；

图10为验证试验(六)中试验六得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图；

图11为验证试验(六)中试验三得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图；

图12为验证试验(七)中β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的XRD图；其中a为试验七得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料，b为试验八得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料，c为试验三得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料；

图13为验证试验(八)中试验七得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图；

图14为验证试验(八)中试验八得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图；

图15为验证试验(八)中试验三得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图；

图16为验证试验(九)中试验八得到的β-Ga₂O₃/SiC复合材料的XPS图；其中a为纯β-Ga₂O₃，b为试验八得到的β-Ga₂O₃/SiC；

图17为验证试验(十)中RhB的光催化降解率柱形图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

本实施方式阐述了一种新颖而快捷的制备超细高晶化度及高活性的β-Ga₂O₃/SiC复合材料的方法。该方法是一个复合方法，由微波辅助水热均匀沉淀法和“闪热”法两部分组成。前者是在微波辐射条件下，反应釜中的水分子做无规则的剧烈运动，使得γ-Ga₂O₃均匀、快速成核，从而制得粒径均一的超细前驱体。“闪热”法的反应装置是自制的，主体是普通微波炉，在其内部放置一个盛有6H-SiC粒子的坩埚。在微波场中，碳化硅作为微波吸收剂和载体，其颗粒表面和颗粒之间的空隙作为微反应(焙烧)炉。在微波热处理前驱体阶段，SiC吸收微波转化成热量，其表面温度瞬间达850℃以上；存在于SiC表面和SiC颗粒堆积形成的微反应腔中的γ-Ga₂O₃前驱体，在高温条件下发生晶核的生长和晶型的转化。由于γ-Ga₂O₃纳米粒子被SiC粒子分隔开，γ-Ga₂O₃纳米粒子之间团聚的可能性小。这样在微波热处理过程中，γ-Ga₂O₃纳米粒子被烧结在SiC粒子表面，从而制得β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料。

本实施方式的方法主要具有以下优点：

1、本实施方式设备结构简单，操作易行，成本低，短时间就能实现β晶型的转变，反应时间比现有方法缩短了2h～40h。

2、本实施方式制备的复合材料在微波无极灯下具有显著的光催化活性，可以有效地催化降解有机污染物。

3、本实施方式制备的高活性β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料是粒径为20～50nm的β-Ga₂O₃纳米粒子包覆在亚微米的SiC粒子表面形成的纳米复合材料，本实施方式所制备的β-Ga₂O₃/SiC具有晶化度高、粒径小及催化活性高等特点，可应用于光催化及光解水制氢等多个领域。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中在搅拌速度为200r/min的磁力搅拌下将尿素加入到去离子水中。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中然后在温度为60℃和搅拌速度为200r/min的条件下加热至尿素完全溶解。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中再在搅拌速度为200r/min的条件下加入Ga(NO₃)₃溶液，并在搅拌速度为200r/min的条件下搅拌至得到无色透明溶液。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中所述的尿素的质量与去离子水的体积的比为1g：3mL。其他步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中所述的尿素的质量与Ga(NO₃)₃溶液的体积的比为1g：3mL。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中所述的Ga(NO₃)₃水溶液的浓度为60g/L。其他步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中所述的滴加速度为3g/min。其他步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中然后在微波功率为462W的条件下加热至蒸干溶液中的水分。其他步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中再在微波功率为700W的条件下热处理20min，冷却至室温，得到含SiC的固体混合物。其他步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤三中所述的γ-Ga₂O₃前驱体与SiC的质量比为1：2。其他步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤三中所述的SiC的目数为120目。其他步骤及参数与具体实施方式一至十一之一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤四中在搅拌速度为120r/min的条件下进行搅拌，搅拌2min。其他步骤及参数与具体实施方式一至十二之一相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤四中然后取上层悬浊液在转速为12000r/min的条件下进行离心。其他步骤及参数与具体实施方式一至十三之一相同。

用以下试验来验证本发明的有益效果

试验一：本试验的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、在搅拌速度为200r/min的磁力搅拌下将3.4g尿素加入到10mL去离子水中，然后在温度为60℃和搅拌速度为200r/min的条件下加热至尿素完全溶解，再在搅拌速度为200r/min的条件下加入10mL浓度为60g/L的Ga(NO₃)₃水溶液，并在搅拌速度为200r/min的条件下搅拌至得到无色透明溶液；

二、将步骤一得到的无色透明溶液转移至内衬为聚四氟乙烯的容器中，然后将容器置入微波消解炉中，在温度为140℃下加热3min，反应结束，然后自然冷却至室温，得到半透明水溶胶，即γ-Ga₂O₃前驱体；

三、将20g步骤二得到的γ-Ga₂O₃前驱体逐滴加入到40gSiC中，滴加速度为3g/min，然后在微波功率为462W的条件下加热至蒸干溶液中的水分，再在微波功率为700W的条件下热处理30min，冷却至室温，得到含SiC的固体混合物；

所述的SiC的目数为46目；

四、将步骤三得到的含SiC的固体混合物加入到去离子水中，在搅拌速度为120r/min的条件下进行搅拌，搅拌2min，然后取上层悬浊液在转速为12000r/min的条件下进行离心，再将得到的粉体在真空条件下干燥12h，得到β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料。

(一)对试验一步骤二得到的γ-Ga₂O₃前驱体进行XRD表征，得到如图1所示的γ-Ga₂O₃前驱体的XRD图；由图1可以看出，在2θ分别为35.95°和63.66°处出现了明显的衍射峰，它们与立方尖晶石结构的γ-Ga₂O₃(JCPDS No.43-1012)的(311)和(440)晶面非常吻合。由此证明，所制备的前驱体是γ-Ga₂O₃。

(二)对试验一步骤二得到的γ-Ga₂O₃前驱体进行透射电镜扫描，得到如图2所示的γ-Ga₂O₃前驱体的TEM图；由图2可以看出，所制备的水溶胶前驱体的粒径约为3.53nm。这为进一步获得小粒径的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料奠定了基础。

试验二：本试验的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

所述的SiC的目数为60目；

试验三：本试验的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

所述的SiC的目数为120目；

试验四：本试验的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

所述的SiC的目数为240目；

(三)分别对试验一、试验二、试验三和试验四得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料进行XRD表征，得到如图3所示的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的XRD图；由图3可以看出，Ga₂O₃的所有衍射峰均和单斜相的β-Ga₂O₃(JCPDS,NO.41-1102)衍射峰完全吻合，说明γ-Ga₂O₃已经完全转化成了β-Ga₂O₃，XRD图中除了β-Ga₂O₃的衍射峰外，在2θ分别为34.1°、35.6°和41.3°也出现了尖锐的峰，这些峰与六方相的6H-SiC(JCPCS,No.72-0018)的特征峰完美匹配。说明在步骤三的“闪热”处理过程中，β-Ga₂O₃与SiC形成了复合物。另外，在2θ＝21.9°处有明显的峰，该峰被检索与SiO₂(JCPDS,NO.82-1404)的特征峰吻合，说明在微波热处理过程中SiC表面被氧化。XRD结果表明“闪热”处理后的样品是β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料。此外，从XRD图中可以看出，β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料中β-Ga₂O₃的含量随SiC的粒径增大而增加，这是因为，碳化硅粒径越大(目数越小)，碳化硅粒子之间的间隙就越大，间隙中β-Ga₂O₃的量随之增加。

(四)分别对试验一、试验二、试验三和试验四得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料进行扫描电镜扫描，得到如图4、图5、图6和图7所示的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图，由图4、图5、图6和图7可以看出，只有在120目的碳化硅体系中形成了完美的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合结构，而在其他目数的SiC系统所得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料都是不理想的。在46目和60目碳化硅系统中，由于在碳化硅颗粒的间隙中β-Ga₂O₃量较大，发生了团聚现象。另一方面，在240目碳化硅系统中β-Ga₂O₃的量较少，无法完全覆盖SiC粒子从而形成理想的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料。因此应选择120目SiC作为理想的微波吸收剂和载体。

试验五：本试验的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

三、将20g步骤二得到的γ-Ga₂O₃前驱体逐滴加入到40gSiC中，滴加速度为3g/min，然后在微波功率为462W的条件下加热至蒸干溶液中的水分，再在微波功率为462W的条件下热处理30min，冷却至室温，得到含SiC的固体混合物；

所述的SiC的目数为120目；

试验六：本试验的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

三、将20g步骤二得到的γ-Ga₂O₃前驱体逐滴加入到40gSiC中，滴加速度为3g/min，然后在微波功率为462W的条件下加热至蒸干溶液中的水分，再在微波功率为595W的条件下热处理30min，冷却至室温，得到含SiC的固体混合物；

所述的SiC的目数为120目；

(五)分别对试验三、试验五和试验六得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料进行XRD表征，得到如图8所示的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的XRD图，由图8可以看出，采用462W微波功率热处理30min后，β-Ga₂O₃相开始出现。当采用595W微波功率热处理30min后，γ-Ga₂O₃完全转变成β-Ga₂O₃，但得到产品的结晶度不完美。而用700W(全功率)微波功率热处理30min后，所制备的β-Ga₂O₃/SiC复合材料的结晶性得到明显改善。

(六)分别对试验三、试验五和试验六得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料进行扫描电镜扫描，得到如图9、图10和图11所示的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的SEM图，由图9、图10和图11可以看出，随微波功率从462W增加到700W，β-Ga₂O₃晶粒逐渐从20nm增加至50nm。但只有在700W微波功率条件下，制备出的复合物的结晶度最好，且形成了理想的包覆结构。

试验七：本试验的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

三、将20g步骤二得到的γ-Ga₂O₃前驱体逐滴加入到40gSiC中，滴加速度为3g/min，然后在微波功率为462W的条件下加热至蒸干溶液中的水分，再在微波功率为700W的条件下热处理10min，冷却至室温，得到含SiC的固体混合物；

所述的SiC的目数为120目；

试验八：本试验的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

三、将20g步骤二得到的γ-Ga₂O₃前驱体逐滴加入到40gSiC中，滴加速度为3g/min，然后在微波功率为462W的条件下加热至蒸干溶液中的水分，再在微波功率为700W的条件下热处理20min，冷却至室温，得到含SiC的固体混合物；

所述的SiC的目数为120目；

(七)分别对试验三、试验七和试验八得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料进行XRD表征，得到如图12所示的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的XRD图，由图12可以看出，XRD衍射峰强度随着微波热处理时间的增加而加强。增加微波热处理时间能促进Ga₂O₃晶粒的生长，且Ga₂O₃晶粒向β相转化的更加彻底，结晶也更加完美。微波热处理时间为10min时产物的结晶度不完美，当微波热处理时间为20min时产物的结晶度就已经非常理想，30min时产物的结晶度没有明显增强。

(八)分别对试验三、试验七和试验八得到的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料进行扫描电镜扫描，得到如图13、图14和图15所示的β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料SEM图，由图13、图14和图15可以看出，微波热处理时间为10min时产物的粒径为20nm，但未生成理想复合物。当反应时间为20min时，其粒径为～30nm，并已形成β-Ga₂O₃/SiC纳米复合物。微波热处理时间为30min也形成了β-Ga₂O₃/SiC纳米复合物，但其粒径明显增加，达到了～50nm。

(九)对试验八得到的β-Ga₂O₃/SiC复合材料进行光催化性能评价，过程如下：

为了揭示β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料光生电子-空穴迁移机制，利用XPS技术对试验八得到的β-Ga₂O₃/SiC复合材料进行了表征。XPS结果如图16所示，由图16可以看出，β-Ga₂O₃/SiC复合物的Ga_2p的结合能比纯β-Ga₂O₃中Ga_2p的结合能明显增大。这说明SiC的费米能级低于β-Ga₂O₃的费米能级，导致β-Ga₂O₃的电子向SiC转移，使得Ga³⁺外层电子云密度发生改变，所以β-Ga₂O₃/SiC复合物的Ga_2p结合能增加。上述结果表明，β-Ga₂O₃和SiC之间存在着强烈的相互作用。

(十)对试验八得到的β-Ga₂O₃/SiC复合材料进行光催化性能评价，过程如下：

为考察β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的光催化性能，在微波场中，以微波无极灯(MDEL)作为光源，以50mL浓度为30mg/L的罗丹明B(RhB)为目标降解物，探究了9种反应条件下的RhB的降解率，催化时间为10min，得到如图17所示的RhB的光催化降解率曲线图。

试验条件如下：

1、催化过程中只存在微波，记为(M)。

2、在微波存在条件下加入β-Ga₂O₃，记为(M+β-Ga₂O₃)。

3、在微波存在条件下加入与2中的β-Ga₂O₃等量的SiC，记为(M+SiC)。

4、在微波存在条件下，放入微波无极灯(MDEL)，记为(MU)。

5、在微波和无极灯存在条件下，加入与2中的β-Ga₂O₃等量的SiC，记为(MU+SiC)。

6、在微波和无极灯存在条件下，加入2中的β-Ga₂O₃等量的β-Ga₂O₃，记为(MU+β-Ga₂O₃)。

7、在微波和无极灯存在条件下，加入2中的β-Ga₂O₃等量的德固赛(Degussa)P25二氧化钛，记为(MU+P25)。

8、在微波和无极灯存在条件下，加入2中的β-Ga₂O₃等量的β-Ga₂O₃&SiC(纯β-Ga₂O₃和SiC的机械混合物)，记为(MU+β-Ga₂O₃&SiC)。

9、在微波和无极灯存在条件下，加入2中的β-Ga₂O₃等量的试验八得到的β-Ga₂O₃/SiC复合材料，记为(MU+β-Ga₂O₃/SiC)。

结论：条件1(M)的降解率较低为5.73％；

条件2(M+β-Ga₂O₃)的降解率与条件1的降解率相当，并没有明显变化；

条件3(M+SiC)的降解率发生了明显增长(14.16％)；

条件4(MU)的降解率为11.29％(光解作用)；

条件5(MU+SiC)的降解率提高到了21.73％(光解和热解作用)；

条件6(MU+β-Ga₂O₃)、条件7(MU+P25)、条件8(MU+β-Ga₂O₃&SiC)以及条件9(MU+β-Ga₂O₃/SiC)的降解率顺序依次是条件9(MU+β-Ga₂O₃/SiC)＞条件6(MU+β-Ga₂O₃)＞条件7(MU+P25)＞条件8(MU+β-Ga₂O₃&SiC)，可以看出β-Ga₂O₃/SiC纳米复合物的降解率(93.16％)是最高的，达到P25TiO₂降解率的2倍。

β-Ga₂O₃/SiC纳米复合物具有超强催化性能的原因是：①宽禁带的β-Ga₂O₃(4.24eV)比TiO₂具有更强的氧化还原能力；②小粒径和高的结晶度是β-Ga₂O₃/SiC复合物具有高活性的原因；③β-Ga₂O₃/SiC复合物吸收微波转化成热量对RhB进行直接热解，同时提高了反应体系的温度，进一步提高了复合物的光催化活性；④由于SiC的费米能级比β-Ga₂O₃的低，所以β-Ga₂O₃的光生电子可以从β-Ga₂O₃表面转移给SiC，从而提高光生电子-空穴对的分离率。由此证明出，我们已经成功制备了高活性、超细β-Ga₂O₃/SiC复合物。

Claims

1.一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法，其特征在于一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的尿素的质量与去离子水的体积的比为1g：3mL。

3.根据权利要求1所述的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的尿素的质量与Ga(NO₃)₃溶液的体积的比为1g：3mL。

4.根据权利要求1所述的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的Ga(NO₃)₃水溶液的浓度为60g/L。

5.根据权利要求1所述的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的滴加速度为3g/min。

6.根据权利要求1所述的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中然后在微波功率为462W的条件下加热至蒸干溶液中的水分。

7.根据权利要求1所述的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中再在微波功率为700W的条件下热处理20min，冷却至室温，得到含SiC的固体混合物。

8.根据权利要求1所述的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的γ-Ga₂O₃前驱体与SiC的质量比为1：2。

9.根据权利要求1所述的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的SiC的目数为120目。

10.根据权利要求1所述的一种β-Ga₂O₃/SiC纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中在搅拌速度为120r/min的条件下进行搅拌，搅拌2min，然后取上层悬浊液在转速为12000r/min的条件下进行离心。