核-殼結構的銦鐵銻基複合磁性顆粒光催化劑、製備及應用的製作方法

2023-04-25 05:15:01

專利名稱：核-殼結構的銦鐵銻基複合磁性顆粒光催化劑、製備及應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型光催化劑、製備及應用，尤其粉末催化材 料IrvxFi5xSbO7(0.5 ^ χ ^ 1)及「磁性顆粒核-光催化劑殼」結構的 Y -Fe2O3-In3^xFexSbO7 (0. 5 彡 χ 彡 1)(光催化劑殼)、SiO2-In3^xFexSbO7 (0. 5 彡 χ 彡 1)、 MnO-In3^xFexSbO7(0.5^x^1)的製備、經光催化去除水體中的有機汙染物的應用及光催化 分解水製取氫氣的應用。
背景技術：
水中有毒難降解性有機物(PTQ的處理一直是水處理領域中的難點和熱點課題。 PTS對人體的健康有極大的危害，對生態環境具有很大的破壞作用，因此，發達國家對這類 汙染物均有嚴格的控制標準。由於常規生化處理方法對這類物質的去除效果差或基本無處 理效果，必須採用光催化高級氧化技術及新型光催化材料對其有針對性的去除。因此，水中 難降解性有機物的新型高級氧化處理技術的開發研究成為目前國際環境工程領域的熱點 和前沿課題。此外，採用低廉的成本製備新型能源氫氣也是目前的熱點課題，基於此，研製 能夠利用太陽能且具有可見光相應的新型光催化材料迫在眉睫。光催化高級氧化技術及半導體光催化材料就是世界各國學者公認的處理水中難 降解性有機物最有效、最有市場前景的技術和催化材料，它在降解水體中的難降解性有機 汙染物方面具有巨大的應用潛力，在難降解性有機物的礦化分解等方面比電催化、溼式催 化氧化技術具有明顯的優點，此外光催化高級氧化技術及半導體光催化材料也是目前分解 水製取氫氣較廉價和最環保的技術和催化材料。但上述光催化技術及半導體粉末催化材料 在水處理與分解水製取氫氣方面尚未工業化，主要存在如下兩個問題(1)懸浮體系光催 化體系光催化效率高，存在催化劑後處理問題，如果將光催化劑固定在玻璃等材料上可以 解決光催化劑的分離回收問題，但其光催化效率卻明顯低於懸浮體系；(2) 二氧化鈦僅能 吸收紫外光，在可見光範圍沒有響應，對太陽光的利用率低)，而太陽光譜中紫外光部 分只佔不到5%，而波長為400-750nm的可見光則佔太陽光譜的43%，如果能將太陽光中的 紫外光波段和可見光波段同時充分利用起來，光量子效率將會得到很大提高。因此，在保證 較高的光催化效率的前提下解決光催化劑的回收和量子效率問題成了光催化廢水處理及 光催化分解水製取氫氣工業化應用的關鍵。目前，提高光催化劑的光利用率主要有兩個方向。一是二氧化鈦可見光化，如N、 s、c等非金屬元素部分取代二氧化鈦中的氧元素，能夠降低半導體光催化材料的帶隙能，擴 展了其光響應範圍，在一定程度上提高了光量子效率；二是研究開發高效的可見光光催化 材料。近年來，科學家們開展了探索新型可見光光催化材料的研究工作，取得了豐碩成果 採用Bi12GeO^1粉末能有效降解甲基橙等有機物；採用Co3CVBiVO4可以降解苯酚；採用Tii3N5 粒子可以降解亞甲基藍染料；採用Na2Ta2O6可以降解剛果紅染料；採用Bi2GaTaO7可以降解 亞甲基藍染料；採用Ina9NiaiTaO4和可見光可以分解水製取氫氣。付希賢研製了鈣鈦礦型
4複合氧化物 LaFe03、LaFe1^xCuxO3 等，結果表明 LaFe03、LaFe1^xCuxO3 (χ = 0. 02,0. 05)具有較 小的帶隙，可以有效利用可見光對水相中的有機物進行光催化降解。鄒志剛等人成功地合 成了 CaBi2O4等新型光催化材料，利用CaBi2O4等新型光催化材料和可見光可以有效地降解 水和空氣中的甲醛、乙醛、亞甲基藍和等有害物。朱永法、趙進才等利用自製的新型材 料(如財2106等)快速有效地降解了水相中羅丹明B，其效果較傳統方法有大幅度的提高。 欒景飛課題組首次成功製備了 M2BiTaO7粉體光催化降解水體中亞甲基藍染料，135分鐘後 亞甲基藍被完全降解，總有機碳(TOC)去除率為100%。因此，擴大光催化材料的光響應範 圍是提高光催化量子效率的一個有效方法。目前所報導的可見光光催化材料多是粉未狀， 在懸浮體系中有很好的光催化活性，因此開發新型的粉末狀光催化材料去除水體中的有機 汙染物或分解水製取氫氣不但能產生顯著的經濟效益，而且還能產生巨大的環境效益和社 會效益。此外，為了解決懸浮體系中粉末狀光催化材料的二次汙染問題，急需製備核殼狀粉 末狀光催化材料，目的旨在提高核殼狀粉末狀光催化材料的回收率，同時也保證核殼狀粉 末狀光催化材料擁有高的光催化量子效率。

發明內容
本發明的目的是提出一種粉末催化材料^vxFi5JbO7(0.5彡χ彡1)、製備 工藝路線及方法、性能表徵及應用。以及提出一種「磁性顆粒核-光催化劑殼」結構 的Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核)-In3^xFexSbo7 (0. 5彡χ彡1)(光催化劑殼)、SiO2 (順 磁性顆粒核)HrvxFexSbO7 (0. 5彡χ彡1)(光催化劑殼)、MnO (反鐵磁性顆粒 核)-In3_xFexSb07(0· 5 ^ χ ^ 1)(光催化劑殼)、製備工藝、性能表徵及應用。本發明的技術方案是粉末催化材料，結構式In3^xFexSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1), 粉末的粒徑為0. 04-0. 32微米。核-殼結構的催化材料Y_Fe203 (鐵磁 性顆粒核)-h3_/exSb07(0.5彡χ彡1)(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆 粒核P^vxFe5xSbO7OXS彡χ彡1)(光催化劑殼)、MnO(反鐵磁性顆粒 核)-In3^xFexSbO7 (0. 5 彡 χ 彡 1)(光催化劑殼)。Y -Fe2O3^SiO2 和 MnO 的粒徑為 0. 06-2 微 米，In3^xFexSbO7 (0. 5彡χ彡1)包裹後粒徑為0. 08-1. 2微米。核-殼結構的催化材料磁性顆粒核-In3_/exSb07 (0. 5 ^ χ ^ 1)的製備方法其特 徵是採用脈衝雷射濺射沉積的方法a.靶材製備以固相燒結的方法製備h3_/exSb07(0. 5 ^ χ ^ 1)靶材，靶材直徑 為10mm，厚度為2mm ；b.選取襯底選用上述尺寸的鐵磁性顆粒、-Fe2O3、順磁性顆粒SW2或反鐵磁性 顆粒MnO作為襯底；C.採用脈衝雷射濺射沉積，雷射主波長為248nm，雷射功率密度為2 3J/cm2，以 氮氣為保護氣氛，氮氣和氧氣(純度為99. 99%)的壓力為8 10 ，沉積室內初始壓力為 6 X 10_5Pa 2 X 10 ,靶材至襯底的距離為3 7釐米，襯底的溫度為300 700°C，濺射 In3^xFexSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)靶材至鐵磁性顆粒Y-Fe2O3、順磁性顆粒SW2或反鐵磁性顆粒 MnO襯底表面，在γ _Fe203、Si02或胞0顆粒襯底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90 200分鐘，將上述三種薄膜分別於氮氣或在氬氣中在1250士 10°C溫度下處理120士 lOmin， 使之晶化而得到所需的磁性複合催化材料Y -Fe2O3-In3^xFexSbO7 (0. 5彡χ彡1)、Si02-In3_xFexSb07 (0. 5 彡 χ 彡 1) ^ Mn0-In3_xFexSb07 (0. 5 彡 χ 彡 1)。或採用多靶磁控濺射沉積的方法a.靶材製備準備純金屬Fe、In和Sb金屬靶材，靶材直徑為5 6釐米；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒、-Fe2O3、、順磁性顆粒SW2或反鐵磁性顆粒MnO作 為襯底；c.採用多靶磁控濺射以金屬In、Fe和Sb為靶材，濺射功率為60 200W，以氬 氣為保護氣氛，氬氣和氧氣(純度為99. 99% )的壓力為4 32mT0rr，氧氣的流量比(O2/ (02+Ar))為30 % 50 %，沉積室內初始壓力為3. 3 X KT6Torr 1 X KT5Torr，靶材至襯底 的距離為4 15釐米，襯底的溫度為0 400°C，薄膜沉積速率為1 2nm/min ；在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬111、狗和Sb靶材至鐵磁性顆 粒Y-Fe2O3、順磁性顆粒SiO2或反鐵磁性顆粒MnO襯底表面，在襯底上沉積形成 In3^xFexSbO7 (0.5 ^ x^ 1)膜層，將上述三種膜層於氮氣或氬氣中在1250 士 10°C處理 120士 IOmin ；使之晶化而得到所需的Y-Fii2O3 (鐵磁性顆粒核)-In3_xFi5xSb07 (0. 5 ^ χ ^ 1) (光催化劑殼)、SW2 (順磁性顆粒核)HrvxFi5xSbO7 (0. 5彡χ彡1)或MnO (反鐵磁性顆粒 核 Ph3JexSbO7 (0. 5 彡 χ 彡 1)。2、粉末催化材料h3_xFeJb07(0. 5彡χ彡1)的製備方法其特徵是(1)粉末催化材料hhF^SbCMO. 5彡χ彡1)的製備採用高溫固相燒結的方法 製備In3_xFi5xSb07(0. 5彡χ彡1)光催化粉末材料；以純度為99. 99%的In203、Fi5203和SId2O5 為原材料，將In、Fe和Sb以所述分子式的原子比的h203、Fe2O3和Sb2O5充分混合，然後在 球磨機中研磨，粉末的粒徑達到1.4-1. 8微米，在200士40°C烘乾2士 1小時，壓製成片，放入 高溫燒結爐中燒制。將爐溫升至750士20°C，保溫8士2小時後隨爐冷卻，將粉末壓片取出 粉碎至粒徑為1. 3-1. 6微米，再將這些粉末壓製成片，放入高溫燒結爐中燒結，最高爐溫為 780士20°C，保溫6士 1小時後隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為1.2-1.5微米，再將 這些粉末壓製成片，放入高溫燒結爐中燒結，升溫條件如下a.由 20°C 升溫至 400°C，升溫時間為 40 士 IOmin ;b.在 400°C 保溫 40 士 IOmin ； c.由 400°C升溫至 800°C，升溫時間為 40士 IOmin ;d.在 800°C保溫 480_800min ;e.由 800°C 升溫至 1250士 10°C，升溫時間為 50士 IOmin ；f.在 1250士 10°C保溫 2760士300min，爐冷。粉末壓片經最高溫度1250士 10°C保溫2760士300min後隨爐冷卻，取出粉末壓片 粉碎至粒徑為0. 06-0. 32微米，最終製備成功純淨的h3_xFi3xSb07(0. 5 ^ χ ^ 1)粉末光催 化材料。(2)採用溶膠-凝膠法製備粉末光催化材料IrvxFi5xSbO7(0. 5 ^ χ ^ 1):利用改 進的Sol-Gel方法，採用有機金屬前驅物，製備^vxFeJbO7OXS彡χ彡1)。前驅體乙酸 鐵(Fe (CH3CO2) 3)、乙酸銦(In(CH3CO2)3)和氯化銻(SbCl5)溶於異丙醇中，且以In, Fe ^P Sb 以所述分子式的原子比，利用上述前驅體按照分段式溶膠-凝膠製備方法，製備混合氧化 物，然後在200士30°C烘乾3士 1小時，壓製成片，放入高溫燒結爐中燒制，升溫條件如下 a.由 20°C升溫至 400°C，升溫時間為 40士 IOmin ;b.在 400°C保溫 60士 IOmin ;c.由 400°C 升溫至750°C，升溫時間為40士 IOmin ；d.在750°C保溫480_600min ；e.由750°C升溫至 1200士30°C，升溫時間為 40士 IOmin ；f.在 1200士30°C保溫 2100士400min，爐冷。粉末壓 片經最高溫度1200 士 30 V保溫2100 士400min後隨爐冷卻，取出粉末壓片粉碎至粒徑為0. 04-0. 20微米，最終製備成功純淨的IrvxFi5xSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)粉末光催化材料。本發明的有益效果是通過物理方法或溶膠-凝膠方法成功製備了粉末催化 材料h3_xFexSb07 (0. 5彡χ彡1)，同時製備了新型「磁性顆粒核-光催化劑殼」結構的 Y-F^O3 (鐵磁性顆粒核)-IrvxFi5xSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)(光催化劑殼)、SiO2 (順磁性顆粒 tl)-In3^xFexSbO7 (0. 5 彡 χ 彡 1)、ΜηΟ (反鐵磁性顆粒核)-In3_xFi5xSb07 (0. 5 彡 χ 彡 1)(光催 化劑殼)。並對其進行了一系列表徵，研究了上述新型光催化材料在可見光或紫外光照射下 降解被汙染水體中有機汙染物(包括五氯苯酚、阿特拉津和敵草隆)的效率及降解機理，研 究在可見光或紫外光照射下分解水製取氫氣的效率和光學活性，通過磁場-光催化反應系 統，促進了複合磁性光催化材料在有機物廢水中的梯度分布，同時也促進了磁性複合光催 化材料的均勻分布，進而促進了光源和有機汙染物的充分接觸，極大地提高了有機汙染物 的降解效率。


圖1為Ir^eSbO7的透射電鏡圖譜。圖2. In2FeSbO7的實測XRD數據與模擬XRD數據的Rietveld軟體結構精修圖譜 (-=XRD實驗數據；...=XRD模擬數據；一=XRD實驗數據與模擬數據的差值；圖3.利用MfeSbO7在可見光下降解羅丹明B的光量子效率與入射光波長關係圖 譜(上圖)；InfeSbO7的漫反射吸收圖譜(下圖)。圖 4.針對 In2FeSbO7, ( α hv)2 禾口 hv 關係圖譜。圖5.可見光照射下，以M2FeSbO7為催化劑降解羅丹明B所獲得的吸光度與入射 光波長關係圖譜。(觀測到的反射位置)。圖6.可見光照射下，以M2FeSbO7為催化劑降解羅丹明B所獲得的羅丹明B濃度 和入射光照射時間關係圖譜。圖7.可見光照射下，以M2FeSbO7為催化劑降解羅丹明B所獲得的一級動力學曲線。圖8.可見光照射下，以L2FeSbO7為催化劑降解羅丹明B所獲得的CO2產率。圖9.可見光照射下，以Ir^eSbO7為催化劑降解羅丹明B時，總有機碳TOC與入射 光照射時間關係圖譜。圖10. In2FeSbO7 的能帶結構。
具體實施例方式製備粉末催化材料IrvxFe5xSbO7 (0.5^x^1)；此外，製備「磁性顆粒核-光催化劑 殼」結構的Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核)-In3^xFexSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)(光催化劑殼),SiO2 (順磁 性顆粒核)-In3^xFexSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1) ,MnO (反鐵磁性顆粒核)-In3^xFexSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1) (光催化劑殼)。(1)製備能夠在可見光波段或紫外光波段響應的新型光催化劑 In3_xFexSb07(0.5^x^ 1)；製備能夠在可見光波段或紫外光波段響應的新型「磁性顆 粒核-光催化劑殼」結構的Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核)-In3^FexSbO7 (0. 5彡χ彡1)(光 催化劑殼)、SiO2 (順磁性顆粒核)-In3_/exSb07 (0. 5彡χ彡1)、MnO (反鐵磁性顆粒核)-In3^FexSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)(光催化劑殼)。採用紫外_可見分光光度計和紫外_可見 漫反射光譜儀對上述製備的新型催化劑在可見光(或紫外光)照射下產生的吸收譜進行了 測定，表徵了其光吸收性質。測定了上述新型催化劑X射線光電子能譜(XPQ，探討了上述 新型催化劑表面的電子層結構特徵及在磁場作用下催化劑晶體內電子和空穴的輸運機制， 分析了磁性顆粒表面負載的催化劑各微區元素組成，並結合理論計算結果分析了上述新型 催化劑的能級結構及電子態密度。(2)採用X射線衍射儀(XRD)對上述本發明催化劑進行了物相分析；採用透射電 鏡(TEM)分析了上述本發明催化劑的微觀結構特徵；利用掃描電鏡(SEM)對上述本發明催 化劑進行了組織形貌分析，並結合掃描電鏡能譜(SEM-EDS)和X射線光電子能譜(XPS)測 定了它們的成分組成，揭示了催化劑表面的電子層結構特徵。深層次揭示了新型光催化劑 的微觀結構對光催化降解有機汙染物效率的影響規律。在可見光(或紫外光)照射下降解水體內染料、阿特拉津、敵草隆或五氯苯酚等難 降解有機汙染物的過程中，通過液相色譜/質譜(LC/MQ聯用儀及離子色譜儀，測試跟蹤了 降解上述有機汙染物過程中的中間產物和最終產物，獲得了在新型核-殼磁性複合催化劑 顆粒作用下，在可見光(或紫外光)照射下降解水體內多種有機汙染物的可能途徑，揭示了 水體內染料、阿特拉津、敵草隆或五氯苯酚等有機汙染物的降解機制。採用單波長可見光(或紫外光)照射水體內染料、阿特拉津、敵草隆或五氯苯酚 等有機汙染物，通過試驗研究結果及理論計算成功推導出參與光催化降解反應的光生電荷 (光生電子或者光生空穴)數量，進而推導出參與反應的可見光(或紫外光)光子數，結合 計算出的入射光總光子數，最終得出在單波長可見光(或紫外光)作用下降解水體中染料、 阿特拉津、敵草隆或五氯苯酚等有機汙染物的光量子效率。表IInjeSbO7的原子結構參數
權利要求
1.粉末催化材料，其特徵是用如下的結構式IrvxFe5xSbO7(0.1)，粉末的粒徑 為 0. 04-0. 32 微米。
2.核-殼結構的催化材料，其特徵是用如下結構式Y_Fe203(鐵磁 性顆粒核)-h3_/exSb07(0.5彡χ彡1)(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆 粒核)-IrvxFi5xSbO7(0. 5彡χ彡1)(光催化劑殼)或Μη0(反鐵磁性顆粒 核)-In3^xFexSbO7 (0. 5 彡 χ 彡 1)(光催化劑殼)，Y -Fe203> SiO2 和 MnO 的粒徑為 0. 06-2 微 米，In3_xFi5xSb07 (0. 5 ^ χ ^ 1)包裹後粒徑為 0. 08-1. 2 微米；In3_xFi5xSb07 (0. 5 彡 χ 彡 1)粉 末的粒徑為0. 04-0. 32微米。
3.粉末催化材料的應用，其特徵是通過h3_xFexSb07(0.5 ^ x^l)粉末為催化劑，或分 別負載Pt，NiO和RuA輔助催化劑，光源為氙燈或高壓汞燈，在密閉的由多個閥門控制的玻 璃管路內部照明反應器內進行分解水製取氫氣。
4.核-殼結構的催化材料的應用，其特徵是通過磁場裝置和光催化材料構成的反應系 統降解廢水，磁場裝置是強度可調式交變磁場發生器，磁場強度選取0. 5 5T(特斯拉)， 光源為氙燈或高壓汞燈；採用Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核5彡χ彡1)(光催 化劑殼)>Si02 (順磁性顆粒核)-In3^xFexSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)(光催化劑殼)和MnO (反鐵磁 性顆粒核)-IrvxFexSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)(光催化劑殼)作為催化劑，上述三種磁性複合光 催化材料的體積百分比各佔三分之一，上述三種磁性複合催化劑顆粒在水溶液中呈梯度分 布，並且可使其均勻分布在水溶液內上、中、下三層，採用截止濾光片(λ > 420nm)，並同時 採用充氧曝氣。整個光照反應在密閉不透光的環境下進行。
5.粉末催化材料h3_/exSb07(0.5 ^ χ ^ 1)的製備方法其特徵是粉末 催化材料h3_xFexSb07(0. 5 ^ χ ^ 1)的製備採用高溫固相燒結的方法製備 In3^xFexSbO7 (0. 5彡χ彡1)光催化粉末材料；以純度為99. 99%的ln203、Fe2O3和Sb2O5為 原材料，將In、Fe和Sb以所述分子式的原子比的h203、Fe2O3和Sb2O5充分混合，然後在球 磨機中研磨，粉末的粒徑達到1.4-1. 8微米，在200士40°C烘乾2士 1小時，壓製成片，放入 高溫燒結爐中燒制。將爐溫升至750士20°C，保溫8士2小時後隨爐冷卻，將粉末壓片取出 粉碎至粒徑為1. 3-1. 6微米，再將這些粉末壓製成片，放入高溫燒結爐中燒結，最高爐溫為 780士20°C，保溫6士 1小時後隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為1.2-1.5微米，再將 這些粉末壓製成片，放入高溫燒結爐中燒結，升溫條件如下a.由20°C升溫至400°C，升溫時間為40士 IOmin ;b.在400°C保溫40士 IOmin ;c.由 400°C升溫至 800°C，升溫時間為 40士 IOmin ；d.在 800°C保溫 480_800min ；e.由 800°C升溫 至 1250士 10°C，升溫時間為 50士 IOmin ；f.在 1250士 10°C保溫 2760士300min，爐冷；粉末壓片經最高溫度1250士 10°C保溫2760士300min後隨爐冷卻，取出粉末壓片粉碎 至粒徑為0. 06-0. 32微米，最終製備成功純淨的IrvxFi5xSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)粉末光催化材 料；或採用溶膠-凝膠法製備粉末光催化材料h3-/exSb07(0.5<X< 1)利用改進 的Sol-Gel方法，採用有機金屬前驅物，製備h3_/exSb07(0. 5彡χ彡1)。前驅體乙酸鐵 (Fe(CH3CO2)3)、乙酸銦(In(CH3CO2)3)和氯化銻(SbCl5)溶於異丙醇中，且以In、Fe和Sb 以所述分子式的原子比，利用上述前驅體按照分段式溶膠-凝膠製備方法，製備混合氧化 物，然後在200士30°C烘乾3士 1小時，壓製成片，放入高溫燒結爐中燒制，升溫條件如下a.由 20°C升溫至 400°C，升溫時間為 40士 IOmin ;b.在 400°C保溫 60士 IOmin ;c.由 400°C 升溫至750°C，升溫時間為40士 IOmin ；d.在750°C保溫480_600min ；e.由750°C升溫至 1200士30°C，升溫時間為 40士 IOmin ;f.在 1200士30°C保溫 2100士400min，爐冷。粉末壓 片經最高溫度1200 士 30 V保溫2100 士400min後隨爐冷卻，取出粉末壓片粉碎至粒徑為 0. 04-0. 20微米，最終製備成功純淨的IrvxFi5xSbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)粉末光催化材料。
6.核-殼結構的催化材料磁性顆粒核-h3_/exSb07(0. 5彡χ彡1)的製備方法其特 徵是採用脈衝雷射濺射沉積的方法a.靶材製備以固相燒結的方法製備^ι3_χ ^χ5Μ)7(0.5彡χ彡1)靶材，靶材直徑為 IOmm,厚度為2mm ；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒Y-Fe203、順磁性顆粒SW2或反鐵磁性顆粒MnO作為襯底；c.採用脈衝雷射濺射沉積，雷射主波長為248nm，雷射功率密度為2 3J/cm2，以氮 氣為保護氣氛，氮氣和氧氣(純度為99. 99%)的壓力為8 10 ，沉積室內初始壓力為 6X 10_5Pa 2X 10_3Pa，靶材至襯底的距離為3 7釐米，襯底的溫度為300 700°C，濺 射h3_xFexSb07(0. 5 ≤ x≤ 1)靶材至鐵磁性顆粒Y-Fe2O3、順磁性顆粒SW2或反鐵磁性顆 粒MnO襯底表面，在Y -Fe2O3^SiO2或MnO襯底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90 200分鐘，將上述三種膜分別於氮氣或在氬氣中在1250士 10°C溫度下處理120士 lOmin， 使之晶化而得到所需的磁性複合催化材料、-Fe2O3-In3^xFexSbO7 (0. 5≤χ≤1)、 Si02-In3_xFexSb07 (0. 5 ≤ χ ≤ 1) 或Mn0-In3_xFexSb07 (0. 5 ≤ χ ≤ 1)。或採用多靶磁控濺射沉積的方法a.靶材製備準備純金屬Fe、In和Sb金屬靶材，靶材直徑為5 6釐米；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒Y-Fe203、順磁性顆粒SW2或反鐵磁性顆粒MnO作為襯底；c.採用多靶磁控濺射，濺射功率為60 200W，以氬氣為保護氣氛，氬氣和氧氣(純度 為99. 99%)的壓力為4 32mTorr，氧氣的流量比(02/(&+Ar))為30% 50%，沉積室內 初始壓力為3. 3X IO-6Torr 1 X 10_5Torr，靶材至襯底的距離為4 15釐米，襯底的溫度 為O 400°C，薄膜沉積速率為1 2nm/min ；在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬MJe和Sb靶材至鐵磁性顆粒Y -Fe2O3、順 磁性顆粒SW2或反鐵磁性顆粒MnO襯底表面，在襯底上沉積形成h3_/exSb07 (0.5≤x≤1) 膜層，將上述三種膜層於氮氣或氬氣中在1250± 10°C處理120± 1Omin ；使之晶化而得到所 需的Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核)-In3^xFexSbO7(0. 5 ≤ χ ≤ 1)(光催化劑殼),SiO2 (順磁性顆 粒核)-In3_xFi5xSb07 (0. 5 ≤ χ ≤ 1)或 MnO (反鐵磁性顆粒核)Hn3JexSbO7 (0. 5 ≤ χ ≤ 1)。
全文摘要
粉末催化材料，結構式In3-xFexSbO7(0.5≤x≤1)，粉末的粒徑為0.04-0.32微米。核-殼結構的催化材料，γ-Fe2O3-In3-xFexSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-In3-xFexSbO7(0.5≤x≤1)或MnO-In3-xFexSbO7(0.5≤x≤1)，γ-Fe2O3、SiO2和MnO的粒徑為0.06-2微米，In3-xFexSbO7(0.5≤x≤1)包裹後粒徑為0.08-1.2微米；In3-xFexSbO7(0.5≤x≤1)粉末的粒徑為0.04-0.32微米。粉末催化材料的應用，作為催化劑進行分解水製取氫氣。或通過磁場裝置和光催化材料構成的反應系統降解廢水；製備方法是在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬In、Fe和Sb靶材至鐵磁性顆粒γ-Fe2O3、順磁性顆粒SiO2或反鐵磁性顆粒MnO襯底表面，在襯底上沉積形成In3-xFexSbO7(0.5≤x≤1)膜層，將上述三種膜層於氮氣或氬氣中在1250±10℃處理120±10min；使之晶化而得到所需的γ-Fe2O3(鐵磁性顆粒核)-In3-xFexSbO7(0.5≤x≤1)(光催化劑殼)、SiO2(順磁性顆粒核)-In3-xFexSbO7(0.5≤x≤1)或MnO(反鐵磁性顆粒核)-In3-xFexSbO7(0.5≤x≤1)。
文檔編號B01J35/02GK102107140SQ20111003404
公開日2011年6月29日 申請日期2011年1月31日 優先權日2011年1月31日
發明者張玲燕, 欒景飛, 陳建輝 申請人:南京大學