CN105170129B - 一种LiInO2光催化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LiInO₂光催化剂的制备方法，该方法包括步骤：采用微乳液法制备LiInO₂光催化剂，以In(NO₃)₃·4.5H₂O和LiNO₃为原料，氨水为沉淀剂，分别以环己烷为油相、曲拉通为表面活性剂、正己醇为助表面活性剂，经过热处理之后得到LiInO₂光催化剂。本发明提供的LiInO₂光催化剂在可见光下具有良好的光催化性能，能够快速降解亚甲基蓝溶液，其降解效率达到了100％。本发明提供的制备方法将为新型可见光响应光催化剂的开发奠定基础，对光催化材料大规模工业应用具有重要的借鉴价值，将在环境光催化领域具有广阔的应用前景。

Description

一种LiInO2光催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，更具体涉及一种LiInO₂光催化剂的制备方法。

背景技术

近年来光催化技术得到了快速发展，已经成为一种理想的环境污染治理的方法。但由于光催化过程的复杂性，仍然有许多理论和实践问题尚未解决，目前以TiO₂为典型光催化材料的光催化技术还基本停留在实验室研究的层面，光催化技术的实用化仍然是长期而任重道远的工作，光催化工程技术研究的核心问题是研制、设计、开发高效的可见光响应的新型光催化剂。

一直以来，具有可见光活性的铟基光催化剂材料受到了人们的广泛关注和研究。铟基半导体材料具有一系列其他半导体所没有的显著特性，如：很低的电阻率、很高的电子迁移率、很低的霍尔系数。

目前，制备LiInO₂方法有固相法、溶胶凝胶法，但微乳液法未见报道。Zhang等首次以四水合柠檬酸三锂(C₆H₅Li₃O₇·4H₂O)和氧化铟(In₂O₃)为原料制备了LiInO₂粉体，其最佳热处理温度范围为650～900℃，得到的高纯度LiInO₂颗粒形貌均匀，其颗粒尺寸为亚微米级。姚云以Li₂CO₃、In₂O₃等为原料，在1273K下采用固相反应法制备了LiInO₂。Hasio等报道了以LiNO₃和In(NO₃)₃为原料，无水柠檬酸作为螯合剂，乙二醇作为稳定剂，经混合后在120℃条件下反应10h，然后在600℃条件下煅烧3h制得平均颗粒粒径约60nm 的LiInO₂纳米颗粒。Kushida等报道了以醋酸铟和醋酸锂为原料，采用溶胶-凝胶法制备LiInO₂。

因而，开发具有高量子效率和宽光谱响应的LiInO₂光催化材料为构建含In多元金属氧化物新型光催化材料的组成-结构-性能之间的关系提供新思路，对于光催化材料大规模工业应用具有重要的借鉴价值，对促进材料、化学、环境和能源等学科的综合交叉和有机融合，具有重要的科学意义，将在废水处理和空气净化等环境光催化领域具有广阔的应用前景。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是提高LiInO₂光催化剂的高量子效率和宽光谱响应，而提供一种LiInO₂光催化剂的制备方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种LiInO₂光催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：制备In(OH)₃沉淀：按照体积份将14～18份油相剂，4.1～8.1份表面活性剂和1.4～5.4份助表面活性剂混合搅拌均匀，然后加入0.5～0.7份的摩尔浓度为0.4～0.6mol/L的In(NO₃)₃·4.5H₂O，继续搅拌形成澄清透明的反微乳液体系，之后缓慢滴加0.4～0.8份的沉淀剂，生成白色In(OH)₃沉淀，继续搅拌1-3h后陈化过夜，离心分离并用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，将洗涤后的In(OH)₃沉淀备用；

步骤二：制备LiInO₂光催化剂：将摩尔比1～3:1的LiNO₃和步骤一所得的In(OH)₃沉淀加入到无水乙醇中，充分搅拌后干燥，最后 在600～900℃温度下煅烧2-6h得到LiInO₂颗粒，将该LiInO₂颗粒置于蒸馏水中，过滤、分离、干燥、研磨，即得到LiInO₂光催化剂。

优选地，步骤一中所述的油相剂为环己烷。

优选地，步骤一中所述的表面活性剂为曲拉通。

优选地，步骤一中所述的助表面活性剂为正己醇。

优选地，步骤一中所述的In(NO₃)₃·4.5H₂O的摩尔浓度为0.45～0.55mol/L。

优选地，步骤一中所述的沉淀剂为浓氨水。

优选地，步骤二中所述的LiNO₃和In(OH)3的摩尔比为1.5～2.5:1。

优选地，步骤二中所述的煅烧温度为700～850℃，煅烧时间为3-5h。

优选地，所述LiInO₂光催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：制备In(OH)₃沉淀：按照体积份将16份环己烷，6.1份曲拉通和3.4份正己醇混合搅拌均匀，然后加入0.6份的摩尔浓度为0.5mol/L的In(NO₃)₃·4.5H₂O，继续搅拌形成澄清透明的反微乳液体系，之后缓慢滴加0.6份的浓氨水，生成白色In(OH)₃沉淀，继续搅拌2h后陈化过夜，离心分离并用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，将洗涤后的沉淀备用；

步骤二：制备LiInO₂光催化剂：将摩尔比2:1的LiNO₃和步骤一所得的In(OH)₃沉淀加入到无水乙醇中，充分搅拌后干燥，最后在800℃温度下煅烧4h得到LiInO₂颗粒，将该LiInO₂颗粒置于蒸馏水中，过滤、分离、干燥、研磨，即得到LiInO₂光催化剂。

本发明制备方法所用原料均为市售获得。本发明制备方法中所用的洗涤、过滤、分离、干燥、研磨等工艺均为常规工艺。

(三)有益效果

本发明方法制备的LiInO₂光催化剂在可见光下具有良好的光催化性能，能够快速降解亚的甲基蓝溶液，其降解效率达到了100％。本发明提供的制备方法将为新型可见光响应光催化剂的开发奠定基础，对光催化材料大规模工业应用具有重要的借鉴价值，将在环境光催化领域具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明制备的LiInO₂光催化剂的XRD图；

图2是本发明制备的LiInO₂光催化剂的SEM图；

图3是本发明制备的LiInO₂光催化剂与P25降解亚甲基蓝溶液效率图；

图中，本发明制备的LiInO₂光催化剂的煅烧温度为600℃、700℃、800℃和900℃分别标记为T600、T700、T800和T900。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

实施例1

取环己烷160mL、曲拉通61mL和环己醇34mL置于烧杯中搅拌混合均匀，然后加入0.5mol/L的In(NO₃)₃·4.5H₂O水溶液6mL，继续搅拌形成澄清透明的反微乳液体系，之后缓慢滴加浓氨水6mL， 生成白色沉淀，搅拌2h后陈化过夜，离心分离并用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，将摩尔比为2:1的LiNO₃和上述洗涤后的沉淀加入到50mL的无水乙醇中，充分搅拌干燥后，在800℃煅烧4h，冷却后放入蒸馏水中清洗，过滤分离干燥研磨即得到LiInO₂光催化剂。所得LiInO₂光催化剂的XRD图见图1，SEM图见图2。

实施例2

取环己烷150mL、曲拉通51mL和环己醇24mL置于烧杯中搅拌混合均匀，然后加入0.45mol/L的In(NO₃)₃·4.5H₂O水溶液5.5mL，继续搅拌形成澄清透明的反微乳液体系，之后缓慢滴加浓氨水5mL，生成白色沉淀，搅拌1h后陈化过夜，离心分离并用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，将摩尔比为1.5:1的LiNO₃和上述沉淀加入到45mL的无水乙醇中，充分搅拌干燥后，在700℃煅烧3h，冷却后放入蒸馏水中清洗，过滤分离干燥研磨即得到LiInO₂光催化剂。

实施例3

取环己烷170mL、曲拉通71mL和环己醇44mL置于烧杯中搅拌混合均匀，然后加入0.55mol/L的In(NO₃)₃·4.5H₂O水溶液6.5mL，继续搅拌形成澄清透明的反微乳液体系，之后缓慢滴加浓氨水7mL，生成白色沉淀，搅拌3h后陈化过夜，离心分离并用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，将摩尔比为2.5:1的LiNO₃和上述沉淀加入到55mL的无水乙醇中，充分搅拌干燥后，在850℃煅烧5h，冷却后放入蒸馏水中清洗，过滤分离干燥研磨即得到LiInO₂光催化剂。

实施例4

取环己烷140mL、曲拉通41mL和环己醇14mL置于烧杯中搅拌混合均匀，然后加入0.4mol/L的In(NO₃)₃·4.5H₂O水溶液5mL，继续搅拌形成澄清透明的反微乳液体系，之后缓慢滴加浓氨水4mL， 生成白色沉淀，搅拌1h后陈化过夜，离心分离并用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，将摩尔比为1:1的LiNO₃和上述沉淀加入到40mL的无水乙醇中，充分搅拌干燥后，在600℃煅烧6h，冷却后放入蒸馏水中清洗，过滤分离干燥研磨即得到LiInO₂光催化剂。

实施例5

取环己烷180mL、曲拉通81mL和环己醇54mL置于烧杯中搅拌混合均匀，然后加入0.6mol/L的In(NO₃)₃·4.5H₂O水溶液7mL，继续搅拌形成澄清透明的反微乳液体系，之后缓慢滴加浓氨水8mL，生成白色沉淀，搅拌3h后陈化过夜，离心分离并用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，将摩尔比为3:1的LiNO₃和上述沉淀加入到40mL的无水乙醇中，充分搅拌干燥后，在900℃煅烧2h，冷却后放入蒸馏水中清洗，过滤分离干燥研磨即得到LiInO₂光催化剂。

试验例1

以亚甲基蓝为目标降解物来评价P25和实施例1制备的LiInO₂光催化剂的光催化活性，其中P25为现有市售催化剂二氧化钛，二氧化钛是目前常用的光催化剂。具体步骤如下：准确称取31.25mg亚甲基蓝试剂于烧杯中，加入蒸馏水使其充分溶解，将溶液移入500mL的容量瓶，用蒸馏水多次润洗烧杯，最后定容，制得0.625g/L的亚甲基蓝溶液，测其初始吸光度为A₀(初始溶度为C₀)。每次取5mL亚甲蓝溶液稀释至50mL；各取0.05g光催化剂(P25和实施例1制备)于蒸发皿中，之后加入蒸馏水超声镀膜干燥，加入50mL亚甲蓝溶液；首先在黑暗环境下处理1h使其达到吸附平衡，然后置于功率300W氙灯下，液面与氙灯距离保持25cm，采用420nm滤光片罩住蒸发皿使可见光通过，每隔0.5h取样3mL，取样6次，采用紫外可见光分光光度计测定亚甲基蓝的吸光度。

由图3可以看出，在本研究条件下，LiInO₂光催化剂对亚甲基蓝溶液的降解达到了理想的效果，经过150min可见光照射，溶液变成了无色，实施例1的光催化剂降解率达到了100％，而市售P25的降解率仅为52.7％。本发明采用微乳液法制备的LiInO2光催化剂在可见光下具有优异的光催化性能。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种LiInO₂光催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：制备In(OH)₃沉淀：按照体积份将14～18份环己烷，4.1～8.1份曲拉通和1.4～5.4份正己醇混合搅拌均匀，然后加入0.5～0.7份的摩尔浓度为0.45～0.55mol/L的In(NO₃)₃·4.5H₂O，继续搅拌形成澄清透明的反微乳液体系，之后缓慢滴加0.4～0.8份的浓氨水，生成白色In(OH)₃沉淀，继续搅拌1-3h后陈化过夜，离心分离并用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，将洗涤后的In(OH)₃沉淀备用；

步骤二：制备LiInO₂光催化剂：将摩尔比1.5～2.5:1的LiNO₃和步骤一所得的In(OH)₃沉淀加入到无水乙醇中，充分搅拌后干燥，最后在700～850℃温度下煅烧3-5h得到LiInO₂颗粒，将该LiInO₂颗粒置于蒸馏水中，过滤、分离、干燥、研磨，即得到LiInO₂光催化剂。

2.根据权利要求1所述的LiInO₂光催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：制备In(OH)₃沉淀：按照体积份将16份环己烷，6.1份曲拉通和3.4份正己醇混合搅拌均匀，然后加入0.6份的摩尔浓度为0.5mol/L的In(NO₃)₃·4.5H₂O，继续搅拌形成澄清透明的反微乳液体系，之后缓慢滴加0.6份的浓氨水，生成白色In(OH)₃沉淀，继续搅拌2h后陈化过夜，离心分离并用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，将洗涤后的沉淀备用；

步骤二：制备LiInO₂光催化剂：将摩尔比2:1的LiNO₃和步骤一所得的In(OH)₃沉淀加入到无水乙醇中，充分搅拌后干燥，最后在800℃温度下煅烧4h得到LiInO₂颗粒，将该LiInO₂颗粒置于蒸馏水中，过滤、分离、干燥、研磨，即得到LiInO₂光催化剂。