CN105056947A - 一种采用两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的方法 - Google Patents

一种采用两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的方法：配制Sm3+浓度为0.5～2mol/L的溶液A；配制Zn2+浓度为0.5～2mol/L的溶液B；将溶液A、B以混合并采用氨水溶液调节pH至9～12，形成反应前驱液；将前驱液均相反应，反应结束后自然冷却至室温；洗涤后收集产物于60～80℃下真空干燥0.5～2h，即得Sm(OH)3/ZnO前驱体；将前驱体分散于硝酸银的乙醇溶液中，置于水浴锅中60～80℃加热1～3h，冷却至室温后对产区离心洗涤干燥即得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物。本发明反应介质为水溶液，安全性高，可行性强，工艺设备要求低，操作简单。

Description

一种采用两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的方法
【技术领域】
本发明涉及纳米半导体复合材料制备领域，具体涉及一种采用两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的方法。
【背景技术】
Sm(OH)3是一种白色粉末，不溶于水，易溶于无机酸。Sm(OH)3作为典型的稀土金属氢氧化物材料，纳米级的Sm(OH)3兼具有稀土和纳米材料的特性，在高效率发光器件、磁性材料、催化材料等功能材料的多个领域具有潜在的应用价值。作为宽禁带半导体，Sm(OH)3对可见光的相应较低，只能利用光谱390nm以下的光，对太阳能的利用率只有1％。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种采用两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的方法，该方法先以均相水热法制备Sm(OH)3/ZnO前驱体，进而利用共沉淀法在其上沉积氧化银粒子，反应介质为水溶液，安全性高，可行性强，工艺设备要求低，操作简单；本发明所得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物具有较好光催化活性，且结晶性强、形貌均匀。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的方法，包括以下步骤：
1)将分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于去离子水中制得Sm3+浓度为0.5～2mol/L的溶液A；将分析纯Zn(NO3)2·3H2O溶于去离子水中制得Zn2+浓度为0.5～2mol/L的溶液B；
2)将溶液A、B以10～20:1的体积比混合并采用氨水溶液调节pH至9～12，继续搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜，封釜后均相反应仪中，在100～200℃下反应12～48h，反应结束后自然冷却至室温；
4)依次用去离子水和无水乙醇对产物离心洗涤4～6次，收集产物于60～80℃下真空干燥0.5～2h，即得Sm(OH)3/ZnO前驱体；
5)将分析纯Sm(OH)3/ZnO前驱体分散于硝酸银的乙醇溶液中，搅拌充分后，置于水浴锅中60～80℃加热1～3h，冷却至室温后对产区离心洗涤干燥得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物。
本发明进一步的改进在于：步骤5)中硝酸银的乙醇溶液中硝酸银的质量百分数为1～15％。
本发明进一步的改进在于：步骤5)中利用共沉淀法在Sm(OH)3/ZnO表面沉积AgO粒子。
本发明进一步的改进在于：步骤3)中反应釜的填充比为40％～50％。
本发明进一步的改进在于：具体包括以下步骤：
1)将分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于适量去离子水中制得Sm3+浓度为2mol/L的溶液A；将分析纯Zn(NO3)2·3H2O溶于适量去离子水中制得Zn2+浓度为0.5mol/L的溶液B；
2)将溶液A、B以20:1的体积比混合并采用氨水溶液调节pH，继续搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜，填充比为50％；封釜后均相反应仪中，在150℃下反应20h，反应结束后自然冷却至室温；
4)依次用去离子水和无水乙醇对产物离心洗涤4～6次，收集产物于80℃下真空干燥2h，即得Sm(OH)3/ZnO前驱体；
5)将分析纯Sm(OH)3/ZnO前驱体分散于质量百分数为5％的硝酸银的乙醇溶液中，搅拌充分后，置于水浴锅中60℃加热3h，冷却至室温后对产区离心洗涤干燥得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明以两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物，利用均相水热发制得的前驱复合物，分散入硝酸银的乙醇溶液中，以共沉淀法在其上沉积氧化银，制得的AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物纯度较高、结晶性强，形貌可控且分散性好。而且反应成本较低，工艺设备要求较低，可行性强，所以非常经济、实用，具有很好的工业化前景。
【附图说明】
图1a是实施例3制备的Sm(OH)3/ZnO的XRD图；
图1b为实施例3制备的AgO/Sm(OH)3/ZnO的XRD图；
图2a是本发明实施例3以两步法所制备Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的SEM(未添加银)；
图2b是本发明实施例3以两步法所制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的SEM(添加银)；
图2c是本发明实施例3以两步法所制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的EDS图；
图3是本发明实施例3以两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的光降解性能图。
【具体实施方式】
实施例1：
1)将分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于适量去离子水中制得Sm3+浓度为2mol/L的溶液A；将分析纯Zn(NO3)2·3H2O溶于适量去离子水中制得Zn2+浓度为0.5mol/L的溶液B；
2)将溶液A、B以10:1的体积比混合并采用氨水溶液调节pH至9，继续搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜，填充比为40％；封釜后均相反应仪中，在200℃下反应12h，反应结束后自然冷却至室温；
4)依次用去离子水和无水乙醇对产物离心洗涤4～6次，收集产物于70℃下真空干燥1h，即得Sm(OH)3/ZnO前驱体；
5)将分析纯Sm(OH)3/ZnO前驱体分散于硝酸银的乙醇溶液中(质量百分数为10％)，搅拌充分后，置于水浴锅中80℃加热2h，冷却至室温后对产区离心洗涤干燥即得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物。
实施例2：
1)将分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于适量去离子水中制得Sm3+浓度为0.5mol/L的溶液A；将分析纯Zn(NO3)2·3H2O溶于适量去离子水中制得Zn2+浓度为1mol/L的溶液B；
2)将溶液A、B以12:1的体积比混合并采用氨水溶液调节pH至10，继续搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜，封釜后均相反应仪中，在180℃下反应48h，反应结束后自然冷却至室温；
4)依次用去离子水和无水乙醇对产物离心洗涤4～6次，收集产物于80℃下真空干燥0.5h，即得Sm(OH)3/ZnO前驱体；
5)将分析纯Sm(OH)3/ZnO前驱体分散于硝酸银的乙醇溶液中(质量百分数为1％)，搅拌充分后，置于水浴锅中80℃加热1h，冷却至室温后对产区离心洗涤干燥即得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物。
实施例3：
1)将分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于适量去离子水中制得Sm3+浓度为2mol/L的溶液A；将分析纯Zn(NO3)2·3H2O溶于适量去离子水中制得Zn2+浓度为0.5mol/L的溶液B；
2)将溶液A、B以20:1的体积比混合并采用氨水溶液调节pH至12，继续搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜，填充比为50％；封釜后均相反应仪中，在150℃下反应20h，反应结束后自然冷却至室温；
4)依次用去离子水和无水乙醇对产物离心洗涤4～6次，收集产物于80℃下真空干燥2h，即得Sm(OH)3/ZnO前驱体；
5)将分析纯Sm(OH)3/ZnO前驱体分散于硝酸银的乙醇溶液中(质量百分数为5％)，搅拌充分后，置于水浴锅中60℃加热3h，冷却至室温后对产区离心洗涤干燥即得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物。
实施例4：
1)将分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于适量去离子水中制得Sm3+浓度为0.5mol/L的溶液A；将分析纯Zn(NO3)2·3H2O溶于适量去离子水中制得Zn2+浓度为2mol/L的溶液B；
2)将溶液A、B以15:1的体积比混合并采用氨水溶液调节pH至10，继续搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜，填充比为40％；封釜后均相反应仪中，在200℃下反应24h，反应结束后自然冷却至室温；
4)依次用去离子水和无水乙醇对产物离心洗涤4～6次，收集产物于80℃下真空干燥2h，即得Sm(OH)3/ZnO前驱体；
5)将分析纯Sm(OH)3/ZnO前驱体分散于硝酸银的乙醇溶液中(质量百分数为10％)，搅拌充分后，置于水浴锅中80℃加热3h，冷却至室温后对产区离心洗涤干燥即得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物。
实施例5：
1)将分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于适量去离子水中制得Sm3+浓度为1mol/L的溶液A；将分析纯Zn(NO3)2·3H2O溶于适量去离子水中制得Zn2+浓度为0.5mol/L的溶液B；
2)将溶液A、B以15:1的体积比混合并采用氨水溶液调节pH至9，继续搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜，填充比为45％；封釜后均相反应仪中，在100℃下反应48h，反应结束后自然冷却至室温；
4)依次用去离子水和无水乙醇对产物离心洗涤4～6次，收集产物于60℃下真空干燥2h，即得Sm(OH)3/ZnO前驱体；
5)将分析纯Sm(OH)3/ZnO前驱体分散于硝酸银的乙醇溶液中(质量百分数为5％)，搅拌充分后，置于水浴锅中60℃加热3h，冷却至室温后对产区离心洗涤干燥即得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物。
图3是本发明实施例3以两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的光降解性能图，在30min内对罗丹明B降解达到了90％，相对于未加银的Sm(OH)3/ZnO光催化效率明显提升。
ZnO是一种白色粉末，不溶于水、乙醇和氨水。纳米氧化锌具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，从而在光热阻、催化剂、吸收、熔点、化学活性和磁性方面均表现出不同于普通氧化锌的特殊物理化学性质。ZnO是一种典型的宽禁带半导体材料(Eg＝3.7eV)，在紫外光照射下能被激发，稳定性较好，近年来，人们在纳米氧化锌制备技术方面开展了大量研究工作，制备了多种结构氧化锌材料，在荧光、催化性能有较高的应用价值。作为宽禁带半导体，Sm(OH)3对可见光的相应较低，只能利用光谱390nm以下的光，对太阳能的利用率只有1％，为提高其利用率，本发明对其进行复合，有效分离光生电子-空穴对。ZnO与Sm(OH)3结合形成异质结科提高对太阳光可见的利用，光催化效率大大提高。银粒子通过共沉淀法负载在复合物的表面可减少光生电子空穴对的复合极大促进光催化活性的提高。纳米银离子沉积在光催化剂上，通过肖特基势垒导带电子捕获和延长电子空穴对的寿命，可以很大程度上提高光催化剂的光催化性。

Claims (5)

1.一种两步法制备AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于去离子水中制得Sm3+浓度为0.5～2mol/L的溶液A；将分析纯Zn(NO3)2·3H2O溶于去离子水中制得Zn2+浓度为0.5～2mol/L的溶液B；
2)将溶液A、B以10～20:1的体积比混合并采用氨水溶液调节pH至9～12，继续搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜，封釜后均相反应仪中，在100～200℃下反应12～48h，反应结束后自然冷却至室温；
4)依次用去离子水和无水乙醇对产物离心洗涤4～6次，收集产物于60～80℃下真空干燥0.5～2h，即得Sm(OH)3/ZnO前驱体；
5)将分析纯Sm(OH)3/ZnO前驱体分散于硝酸银的乙醇溶液中，搅拌充分后，置于水浴锅中60～80℃加热1～3h，冷却至室温后对产区离心洗涤干燥得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中硝酸银的乙醇溶液中硝酸银的质量百分数为1～15％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中利用共沉淀法在Sm(OH)3/ZnO表面沉积AgO粒子。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中反应釜的填充比为40％～50％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)将分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于适量去离子水中制得Sm3+浓度为2mol/L的溶液A；将分析纯Zn(NO3)2·3H2O溶于适量去离子水中制得Zn2+浓度为0.5mol/L的溶液B；
2)将溶液A、B以20:1的体积比混合并采用氨水溶液调节pH，继续搅拌均匀形成反应前驱液；
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜，填充比为50％；封釜后均相反应仪中，在150℃下反应20h，反应结束后自然冷却至室温；
4)依次用去离子水和无水乙醇对产物离心洗涤4～6次，收集产物于80℃下真空干燥2h，即得Sm(OH)3/ZnO前驱体；
5)将分析纯Sm(OH)3/ZnO前驱体分散于质量百分数为5％的硝酸银的乙醇溶液中，搅拌充分后，置于水浴锅中60℃加热3h，冷却至室温后对产区离心洗涤干燥得AgO/Sm(OH)3/ZnO纳米复合物。
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