一種三維層狀納米六角星氧化銦的製備方法

2023-05-23 09:07:16 1

一種三維層狀納米六角星氧化銦的製備方法
【專利摘要】本發明涉及納米氧化銦，特指一種三維層狀納米六角星氧化銦的製備方法，屬於納米材料合成【技術領域】。本發明使用蒸餾水為溶劑，採用水熱合成法製備形貌均一的氧化銦納米六角星，該六角星是由二維納米片組成，其技術方案是首先用In(NO3)3?4.5H2O，尿素，葡萄糖（C6H12O6·H2O）混合於蒸餾水中攪拌均勻後，水熱製得氧化銦納米六角星前驅液；再將前驅液經過高溫煅燒得氧化銦納米六角星。本發明工藝簡單，重現性好，且所用原材料均為無機化合物，價廉易得，成本低，符合環境友好要求，反應時間較短，從而減少了能耗和反應成本，便於批量生產；同時由於菱形氧化銦光催化劑具有較強的光催化降解能力，具有很高的實際應用能力。
【專利說明】一種三維層狀納米六角星氧化銦的製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及納米氧化銦，特指一種三維層狀納米六角星氧化銦的製備方法，屬於 納米材料合成【技術領域】；尤其是利用水熱合成製備形貌好，由二維納米構成的氧化銦納米 六角星的製備方法，該半導體材料可用於可見光降解抗生素領域。

【背景技術】
[0002] 光催化劑反應主要是發生在光催化的表面，而一個擁有良好形貌和小尺寸的無機 納米材料比大無形的納米材料展現了更好的光催化活性；近年來形貌作為一個熱點話題， 不少研究者都在研究如何控制形貌和尺寸，氧化銦作為禁帶寬度為3. 77 eV的良好半導體 材料。氧化銦含有兩種晶型：rh-ln203 (菱形氧化銦）和bcc-ln203 (體心氧化銦)，到現在為 止，體心氧化銦被合成出各種形貌，如納米塊，納米粒子，納米線，納米片等，關於菱形氧化 銦的報告很少；菱形氧化銦通常合成法是通過高溫高壓的方法形成，它相對於體心的氧化 銦有著更優異的光化學性能，大量的研究表明三維結構的納米氧化銦有著更高的比表面， 高光捕獲能力，而，它被廣泛的於光電設備，催化劑，傳感器，和太陽能電池；很少有文獻是 報導水熱法製取三維菱形氧化銦。一般方法中是用溶劑熱的方法，或者使用高溫高壓的方 法合成，所以在三維結構的合成方法中尋找綠色環保，簡潔的方法是十分必要的。


【發明內容】

[0003] 本發明的目的在於提供一種工藝簡單，綠色環保的水熱法製備一種三維層狀納米 六角星氧化銦的方法。
[0004] 本發明使用蒸餾水為溶劑，採用水熱合成法製備形貌均一的氧化銦（rh_In20 3)納 米六角星，該六角星是由二維納米片組成，其技術方案是首先用Ιη(Ν03)3·4. 5H20 (硝酸銦)， 尿素，葡萄糖（C6H1206 · H20)混合於蒸餾水中攪拌均勻後，水熱製得氧化銦納米六角星前驅 液；再將前驅液經過高溫煅燒得氧化銦納米六角星。
[0005] 具體的，一種由二維納米片組成菱形氧化銦（rh_In203)納米六角星的製備方法，是 按照下述步驟進行的： (1)稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的摩爾比為 1:7. 0-7. 1:9. 1-9. 2,並溶於蒸餾水中。
[0006] (2)將步驟1中溶液超聲攪拌至澄清。
[0007] (3)將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在160°C _200°C恆溫 12_36h，然後自然冷卻後，得到水熱產物。
[0008] (4)將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0009] (5)將步驟4中獲得沉澱真空乾燥，乾燥溫度為60°C，時間為12h。
[0010] (6)取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，從而獲得 純相產物。
[0011] (7)設置步驟6中煅燒溫度為450°C -600°c，時間為2h。
[0012] 本發明中加入尿素作為or的提供者，而葡萄糖的加入是形成了一層碳膜，該方法 的優勢是利用尿素和葡萄來使得環境為鹼性形成氫氧化銦，不會形成副產物，這樣得到的 氧化銦沒有其他雜質。
[0013] 本發明的另一個目的，是提供所製備的菱形氧化銦六角星對四環素的可見光催化 劑降解應用。
[0014] 菱形氧化銦納米六角星在可見光照射下對四環素的降解實驗步驟如下： 在GHX-2型光化學反應儀(購自揚州大學科技城科技有限公司）中進行，將濃度為10 mg/L四環素100 mL加入光催化儀器反應器中，然後加入水熱合成的菱形氧化銦（rh-ln203) 光催化劑〇. 1 g，在暗室使用磁力攪拌器反應30分鐘，達到反應吸附平衡後開始取樣，然後 開啟曝氣裝置並開裝上濾光片的150W氙燈光源，曝氣通入空氣目的是保持催化劑處於懸 浮或飄浮狀態，氙燈光照過程中每間隔30 min取樣，離心分離後取上層清液在四環素最大 吸收波長λ max=357nm處，使用TU-1800紫外可見分光光度計處測定樣品吸光度，並通過公 式：DC=[ (H) /AO] X 100%算出光降解率，其中&為達到吸附平衡時四環素溶液的吸光 度，A為定時取樣測定的四環素溶液的吸光度。
[0015] 本發明所製備的三維納米六角星rh-ln203在可見光照射時對四環素的降解率在 240min 時達到 82%。
[0016] 本發明所使用的尿素，葡萄糖和硝酸銦均為分析純。
[0017] 本發明利用簡單的水熱合成方法合成菱形氧化銦光催化劑，其形貌為三維納米六 角星，作為一種新型光催化材料，該材料具有化學穩定性，無毒等優點。
[0018] 本發明工藝簡單，重現性好，且所用原材料均為無機化合物，價廉易得，成本低，符 合環境友好要求，反應時間較短，從而減少了能耗和反應成本，便於批量生產；同時由於菱 形氧化銦光催化劑具有較強的光催化降解能力，具有很高的實際應用能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為三維納米六角星菱形氧化銦X射線衍射分析圖（XRD)。
[0020] 圖2為三維納米六角星菱形氧化銦掃描電鏡圖（SEM)。
[0021] 圖3為三維納米六角星菱形氧化銦在室溫下的XPS圖譜。
[0022] 圖4為銦在室溫下的XPS圖譜。
[0023] 圖5為氧在室溫下的XPS圖譜。
[0024] 圖6為三維納米六角星菱形氧化銦的光降解圖。

【具體實施方式】
[0025] 下面結合實施例對本發明進行詳細說明，以使本領域技術人員更好的理解本發 明，但本發明並不局限於以下實施例。
[0026] 實施例1 : (1)稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的質量分別 為0. 7676g，0. 8507g和3. 636g，並溶於30ml蒸餾水中。
[0027] (2)將步驟1中溶液超聲攪拌至澄清。
[0028] (3)將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在180°C恆溫24h，然 後自然冷卻後，得到水熱產物。
[0029] (4)將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗漆，離心。
[0030] (5)將步驟4中獲得沉澱真空乾燥，乾燥溫度為60°C，時間為12h. (6)取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，從而獲得純相 產物。
[0031] (7)設置步驟6中煅燒溫度為500°C，時間為2h. 實施例2 : (1)稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的質量分別 為0· 3838g，0· 4254g和L 818g，並溶於30ml蒸餾水中。
[0032] (2)將步驟1中溶液超聲攪拌至澄清。
[0033] (3)將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在180°C恆溫24h，然 後自然冷卻後，得到水熱產物。
[0034] (4)將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗漆，離心。
[0035] (5)將步驟4中獲得沉澱真空乾燥，乾燥溫度為60°C，時間為12h. (6)取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，從而獲得純相 產物。
[0036] (7)設置步驟6中煅燒溫度為500°C，時間為2h。
[0037] 實施例3 : (1)稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的質量分別 為0. 7676g，0. 8507g和3. 636g，並溶於30ml蒸餾水中。
[0038] (2)將步驟1中溶液超聲攪拌至澄清。
[0039] (3)將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在160°C恆溫36h，然 後自然冷卻後，得到水熱產物。
[0040] (4)將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗漆，離心。
[0041] (5)將步驟4中獲得沉澱真空乾燥，乾燥溫度為60°C，時間為12h。
[0042] (6)取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，從而獲得 純相產物。
[0043] (7)設置步驟6中煅燒溫度為500°C，時間為2h。
[0044] 實施例4 : (1)稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的質量分別 為0. 7676g，0. 8507g和3. 636g，並溶於30ml蒸餾水中。
[0045] (2)將步驟1中溶液超聲攪拌至澄清。
[0046] (3)將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在200°C恆溫12h，然 後自然冷卻後，得到水熱產物。
[0047] (4)將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0048] (5)將步驟4中獲得沉澱真空乾燥，乾燥溫度為60°C，時間為12h。
[0049] (6)取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，從而獲得 純相產物。
[0050] (7)設置步驟6中煅燒溫度為500°C，時間為2h。
[0051] 實施例5: (1)稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的質量分別 為0. 7676g，0. 8507g和3. 636g，並溶於30ml蒸餾水中。
[0052] (2)將步驟1中溶液超聲攪拌至澄清。
[0053] (3)將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在180°C恆溫24h，然 後自然冷卻後，得到水熱產物。
[0054] (4)將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗漆，離心。
[0055] (5)將步驟4中獲得沉澱真空乾燥，乾燥溫度為60°C，時間為12h。
[0056] (6)取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，從而獲得 純相產物。
[0057] (7)設置步驟6中煅燒溫度為450°C，時間為2h。
[0058] 實施例6 : (1)稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的質量分別 為0. 7676g，0. 8507g和3. 636g，並溶於30ml蒸餾水中。
[0059] (2)將步驟1中溶液超聲攪拌至澄清。
[0060] (3)將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在180°C恆溫24h，然 後自然冷卻後，得到水熱產物。
[0061] (4)將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗漆，離心。
[0062] (5)將步驟4中獲得沉澱真空乾燥，乾燥溫度為60°C，時間為12h。
[0063] (6)取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，從而獲得 純相產物。
[0064] (7)設置步驟6中煅燒溫度為600°C，時間為2h。
[0065] 實施例7 : (1)稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的質量分別 比0· 7676g，0· 8507g和3. 636g，並溶於30ml蒸餾水中。
[0066] (2)將步驟1中溶液超聲攪拌至澄清。
[0067] (3)將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在180°C恆溫24h，然 後自然冷卻後，得到水熱產物。
[0068] (4)將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗漆，離心。
[0069] (5)將步驟4中獲得沉澱真空乾燥，乾燥溫度為60°C，時間為12h。
[0070] (6)取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，從而獲得 純相產物。
[0071] (7)設置步驟6中煅燒溫度為500°C，時間為2h。
[0072] 實施例8 : (1)稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的質量分別 比0· 7676g，0· 8507g和3. 636g，並溶於30ml蒸餾水中。
[0073] (2)超聲攪拌均勻得到澄清溶液。
[0074] (3)將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在180°C恆溫24h，然 後自然冷卻後，得到水熱產物。
[0075] (4)將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗漆，離心。
[0076] (5)將步驟4中獲得沉澱真空乾燥，乾燥溫度為60°C，時間為12h。
[0077] (6)取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，獲得純相 的產物。
[0078] (7)取步驟6中選取的煅燒溫度為500°C，時間為2h。
[0079] 實施例9 : (1)稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的質量分別 比0· 7676g，0· 8507g和3. 636g，並溶於30ml蒸餾水中。
[0080] (2)將步驟1中溶液超聲攪拌至澄清。
[0081] (3)將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在160°C恆溫36h，然 後自然冷卻後，得到水熱產物。
[0082] (4)將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗漆，離心。
[0083] (5)將步驟4中獲得沉澱真空乾燥，乾燥溫度為60°C，時間為12h。
[0084] (6)取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，從而獲得 純相產物。
[0085] (7)設置步驟6中煅燒溫度為500°C，時間為2h。
[0086] 三維納米六角星菱形氧化銦在可見光照射下對四環素的降解實驗步驟如下： 在GHX-2型光化學反應儀(購自揚州大學科技城科技有限公司）中進行，將濃度為10 mg/L四環素模擬廢水100 mL加入光催化儀器反應器中，然後加入水熱合成的菱形氧化銦 (rh-ln203)光催化劑0. 1 g，在暗室使用磁力攪拌器反應30分鐘，達到反應吸附平衡後開始 取樣，然後開啟曝氣裝置並開裝上濾光片的150W氙燈光源，曝氣通入空氣目的是保持催化 劑處於懸浮或飄浮狀態，氙燈光照過程中每間隔30 min取樣，離心分離後取上層清液在四 環素最大吸收波長Xmax=357nm處，使用TU-1800紫外可見分光光度計處測定樣品吸光度， 並通過公式：DC=[(心-化）/AJ X 100%算出光降解率，其中心為達到吸附平衡時四環素溶 液的吸光度，A為定時取樣測定的四環素溶液的吸光度。
[0087] 本發明所製備的rh-ln203納米花在可見光照射時對四環素的降解率在240min時 達到82%。
[0088] 三維納米六角星菱形氧化銦（rh_In203)的XRD圖譜見附件1，產物形貌分析見附圖 2,表面元素價態的分析見附圖3、4、5,光催化效果見附圖6。
[0089] 附圖1中各衍射峰的位置和相對強度均與JCPDS (粉末衍射標準聯合委員會)卡片 (22-3306)相吻合，且XRD圖譜中沒有其它衍射雜峰，說明本發明提出的水熱條件下製備出 的菱形氧化銦（rh-ln 203)納米花的物相是純的。
[0090] 附圖2中，場發射掃描電鏡（SEM)測試表明，在室溫下，由水熱法製備的菱形氧化 銦（rh-ln 203)納米花直徑為1?1. 2 μ m，厚度為124 nm。
[0091] 附圖3、4、5中，菱形氧化銦（rh-ln203)納米六角星在室溫下的XPS圖譜，從附圖3 可以看出在443. 6 eV和451. 3 eV是對應氧化銦中的In 3d5, In3d3/2，而530. 6ev對應氧化 銦中的〇ls，在圖中並未出現其他峰，表明產物氧化銦表面沒有其他雜質，因此通過本方案制 備出來的三維納米六角星菱形氧化銦比較穩定。
[0092] 附圖6中，光催化效果圖顯示本發明所製備的三維納米六角星rh_In20 3在可見光 照射時對四環素的降解率在240min時達到82%。
【權利要求】
1. 一種三維層狀納米六角星氧化銦的製備方法，其特徵在於：首先用硝酸銦、尿素、葡 萄糖混合溶於蒸餾水中攪拌均勻後，水熱製得氫氧化銦納米六角星前驅體；再將前驅體經 過高溫煅燒得三維層狀納米六角星菱形氧化銦。
2. 如權利要求1所述的一種三維層狀納米六角星氧化銦的製備方法，其特徵在於：所 述納米六角星氧化銦由二維納米片組成，直徑為1?1. 2 μ m，厚度為124 nm。
3. 如權利要求1所述的一種三維層狀納米六角星氧化銦的製備方法，其特徵在於按照 下述步驟進行： 1) 稱取硝酸銦，尿素和葡萄糖溶於蒸餾水中，所述硝酸銦，尿素和葡萄糖的摩爾比為 1:7. 0-7. 1:9. 1-9. 2,並溶於蒸餾水中； 2) 將步驟1中溶液超聲攪拌至澄清； 3) 將步驟2獲得的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在160°C -200°C恆溫 12-36h，然後自然冷卻後，得到水熱產物； 4) 將步驟3獲得的沉澱通過水和乙醇交替洗滌，離心； 5) 將步驟4中獲得沉澱真空乾燥； 6) 取步驟5中的所獲得的乾燥物進行高溫煅燒，以除去葡萄糖碳化物，從而獲得純相 產物。
4. 如權利要求3所述的一種三維層狀納米六角星氧化銦的製備方法，其特徵在於：所 述步驟（5)中真空乾燥的乾燥溫度為60°C，時間為12h。
5. 如權利要求3所述的一種三維層狀納米六角星氧化銦的製備方法，其特徵在於：所 述步驟（6)中煅燒溫度為450°C _600°C，時間為2h。
6. 如權利要求1所述的方法製備的三維層狀納米六角星氧化銦作為降解四環素的光 催化劑的用途。
7. 如權利要求6所述的方法製備的三維層狀納米六角星氧化銦作為降解四環素的光 催化劑的用途，其特徵在於：對於每l〇〇ml的10 mg/L四環素水溶液，0. lg三維層狀納米六 角星菱形氧化銦在可見光照射下對四環素的降解率在4h時能達到82%。
【文檔編號】B82Y40/00GK104045107SQ201410251243
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月9日 優先權日:2014年6月9日
【發明者】施偉東, 吳苗苗, 蔡凡朋, 延旭, 侍明近 申請人:江蘇大學