核-殼結構的釔銻基複合磁性顆粒光催化劑製備方法

2024-02-03 16:51:15

專利名稱：核-殼結構的釔銻基複合磁性顆粒光催化劑製備方法
技術領域：
本發明涉及一種新型光催化劑的製備，尤其粉末催化材料 Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)及「磁性顆粒核-光催 化劑殼」結構的Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化 劑殼)、Y-Fe203-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、Si02-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、MnO (反鐵磁性顆粒 核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、Mn0-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)的製備。
背景技術：
水中有毒難降解性有機物(PTS)的處理一直是水處理領域中的難點、熱點課題。 PTS有對人體及生態環境風險高等特點，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)，必須採用特殊 處理單元過程對其有針對性的去除。因此，水中難降解性有機物的新型處理技術的開發研 究成為目前國際環境工程領域的熱點和前沿課題。半導體(典型的如Ti02)光催化法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，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 效的可見光催化劑。近年來，研究者們開展了探索新型可見光光催化劑的研究工作，取得了 豐碩成果Bi12Ge02(l粉末能有效降解甲基橙等有機物；採用Co304/BiV04可以降解苯酚；採 用Ta3N5粒子可以降解亞甲基藍染料；採用Na2Ta206可以降解剛果紅溶液；採用6站11^07可 以降解亞甲基藍染料。付希賢研製了鈣鈦礦型複合氧化物LaFe03、LaFei_xCux03等，結果表 明LaFe03、LaFei_xCux03(X = 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 CaBi204等能利用可見光有效地降解水 和空氣中的甲醛、乙醛、亞甲基藍和H2S等有害物的新型光催化材料。朱永法、趙進才等利 用自製的新型材料(如Bi2W06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。本課題組首次成功製備了 In2BiTa07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(T0C)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及其 製備技術去除水體中的有機汙染物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。

發明內容
本發明的目的是提出一種核-殼結構的粉末催化材料磁性 顆粒核-Y3_xYbxSb07和磁性顆粒核-Y3_xGaxSb07(0. 5 < x < 1)製備方
4法。S卩Y-Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0.5彡x彡1)(光催化劑 殼)、Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、 Si02(順磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、Si02(順 磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、Mn0(反鐵磁性 顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5 < x < 1)(光催化劑殼)、MnO (反鐵磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)製備工藝。本發明的技術方案是核-殼結構的催化材料磁性顆粒 核-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)和磁性顆粒核-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x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Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)和 Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材，靶材直徑為10mm，厚度為2mm ；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒、_Fe203、順磁性顆粒Si02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 10Pa，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， 分別濺射Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)靶材和Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)靶材至鐵磁性顆粒 Y _Fe203、順磁性顆粒Si02或反鐵磁性顆粒MnO襯底表面，在、_Fe203、Si02或胞0反鐵磁性 顆粒襯底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90 120分鐘，將上述六種膜分別於氮氣 或在氬氣中在1340士 10°C和1340士 10°C溫度下處理60士 lOmin，使之晶化而得到所需的磁 性複合催化材料 Y -Fe203-Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)、y -Fe203_Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)、 Si02-Y3-xYbxSb07(0. 5 ^ x ^ 1) , S i 0 2-Y 3-xG a XS b 0 7 ( 0 . 5 ^ x ^ 1)、 Mn0-Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)或 Mn0_Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 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Yb或Ga與Sb和Y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、_Fe203、、順磁性顆粒Si02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/(02+Ar))為30% 50%，沉 積室內初始壓力為3. 3X10_6Torr 1 X 10_5Torr，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Y、Yb和Sb靶材至鐵磁性 顆粒Y_Fe203、順磁性顆粒3102或反鐵磁性顆粒MnO襯底表面，在襯底上沉積形 成Y3_xYbxSb07(0.5 < x ^ 1)膜層，將上述三種膜層於氮氣或氬氣中在1340 士 10°C 處理60 士lOmin;使之晶化而得到所需的光催化劑核殼結構Y _Fe203 (鐵磁性顆粒 核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)(光催化劑殼)、Si02-Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)或 Mn0-Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)。在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬Y、Ga和Sb靶材至鐵磁性顆粒Y_Fe203、順磁性顆粒3102或反鐵磁性顆粒MnO襯底表面，在襯底上沉積形成 Y3_xGaxSb07(0.5 ^ x ^ 1)膜層，將上述三種膜層於氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理 60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Y _Fe203(鐵磁性顆粒核)_Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1) (光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)或MnO(反鐵磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)。2、粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)的製備方 法其特徵是⑴粉末催化材料Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)或Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)的 製備採用高溫固相燒結的方法製備Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)或Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1) 光催化粉末材料；以純度為99. 99%的Y203、Yb203和Sb205或Y203、Ga203和Sb205為原材料， 將Y、Yb和Sb或Y、Ga和Sb以所述分子式的原子比的Y203、Yb203和Sb205或Y203、Ga203和 Sb205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 4士 1小時，壓製成片，放入高溫燒結爐中燒制。將爐溫升至700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730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 lOmin ;b.在 400°C 保溫 40 士 lOmin ； c.由 400°C升溫至 730°C，升溫時間為 40士 lOmin ;d.在 730°C保溫 480_800min ;e.由 730°C 升溫至 1340士50°C，升溫時間為 50士 lOmin ；f.在 1340士50°C保溫 3800士400min，爐冷。粉末壓片經最高溫度1340士50°C保溫3800士400min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Y3_xYbxSb07或Y3_xGaxSb07 (0.5^x^1) 粉末光催化材料；(2)採用溶膠「凝膠法製備 Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)或 Y3_xGaxSb07 (0.5^x^1) 利用改進的Sol-Gel方法，採用有機金屬前驅物，製備Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)和 Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)。前驅體乙酸鐿(Yb (CH3C02) 3)或乙酸鎵(Ga(CH3C02) 3)與乙酸 釔水合物(Y(CH3C02)3 xH20)和氯化銻(SbCl5)溶於異丙醇中，且以Y、Yb和Sb或Y、Ga 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 lOmin ;b.在400°C保溫40士 lOmin ;c.由 400°C升溫至 730°C，升溫時間為 40士 lOmin ；d.在 730°C保溫 480_800min ；e.由 730°C升溫 至 1050士30°C，升溫時間為 20士 lOmin ；f.在 1050士30°C保溫 2200士400min，爐冷。粉末 壓片經最高溫度1050士30°C保溫2200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Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡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Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)和Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)，同時製備了新型「磁 性顆粒核-光催化劑殼」結構的Y_Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0.5彡x彡1) (光催化劑殼)、Y "Fe203 (鐵磁性顆粒核)_Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、 Si02 (順磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、MnO(反鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)(光催化劑殼)、MnO (反鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 ^ x ^ 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 1A 為 Y2YbSb07 的 XRD 圖譜，圖 1B.為 Y2GaSb07 的 XRD 圖譜。圖2為Y2YbSb07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；| 觀測到的 反射位置)。圖3為Y2GaSb07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；| 觀測到的 反射位置)。圖4為Y2YbSb07和Y2GaSb07的漫反射吸收圖譜。圖 5 為針對 Y2YbSb07 和 Y2GaSb07, ( a hv)2 禾口 hv 關係圖譜。圖6為可見光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07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。圖7為在可見光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07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8為可見光照射下以Y2YbSb07和Y2GaSb07為催化劑降解羅丹明B所獲得的一級 動力學曲線。圖9為可見光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07為催化劑降解羅丹明B所獲得的C02產率。圖10為可見光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07為催化劑降解羅丹明B時，總有機 碳T0C與入射光照射時間關係圖譜。 圖11為Y2YbSb07和Y2GaSb07的能帶結構圖。
具體實施例方式粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)；此外，新型 「磁性顆粒核_光催化劑殼」結構的、_Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1) (光催化劑殼)、Y "Fe203 (鐵磁性顆粒核)_Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、 Si02 (順磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)(光催化 劑殼)、MnO (反鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 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 Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 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-Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0.5彡x彡1)(光催化劑殼)、 Y-Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、Si02(順 磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)(光催化 劑殼)、MnO (反鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0.5彡x彡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(XPS)，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)對上述新型催化劑進行了物相分析；採用透射電鏡 (TEM)分析了上述新型催化劑的微觀結構特徵；利用掃描電鏡(SEM)對上述新型催化劑進 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，揭示了新型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/MS)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 或五氯苯酚等有機汙染物的光量子效率。表lY2YbSb07的原子結構參數 表2Y2GaSb07的原子結構參數
具體實施例方式1.粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)的製備工 藝路線如下(1)粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)的製備採用高溫固相燒結的方法制 備Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)光催化粉末材料。以純度為99. 99%的Y203、Yb203和Sb205為原 材料，將Y、Yb、Sb以所述分子式的原子比的Y203、Yb203和Sb205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4士 1小時，壓製成片，放入高溫燒結 爐中燒制。將爐溫升至700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730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(顆粒細一些當然 更好)，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 lOmin ;b.在 400°C 保溫 40 士 lOmin ； c.由 400°C升溫至 730°C，升溫時間為 40士 lOmin ;d.在 730°C保溫 480_800min ;e.由 730°C 升溫至 1340士50°C，升溫時間為 50士 lOmin ；f.在 1340士50°C保溫 3800士400min，爐冷。上 述溫控範圍均可。粉末壓片經最高溫度1340士50°C保溫3800士400min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Y3_xYbxSb07(0. 5 ^ x ^ 1)粉末光催化 材料。(2)粉末催化材料Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)的製備採用高溫固相燒結的方法制 備Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)光催化粉末材料。以純度為99. 99%的Y203、Ga203和Sb205為原 材料，將Y、Ga、Sb以所述分子式的原子比的Y203、Ga203和Sb205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4士 1小時，壓製成片，放入高溫燒結 爐中燒制。將爐溫升至700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730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米，再將這些粉末壓制 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 lOmin ;b.在 400°C 保溫 40 士 lOmin ； c.由 400°C升溫至 730°C，升溫時間為 40士 lOmin ;d.在 730°C保溫 480_800min ;e.由 730°C 升溫至 1340士50°C，升溫時間為 50士 lOmin ；f.在 1340士50°C保溫 3900士400min，爐冷。粉末壓片經最高溫度1340士50°C保溫3900士400min後隨爐冷卻，取出粉末壓片粉碎至粒徑為0. 06-0. 31微米，最終製備成功純淨的Y3_xGaxSb07(0. 5 ^ x ^ 1)粉末光催化 材料。(3)採用溶膠-凝膠法製備 Y3_xYbxSb07 (0.5^x^1)和 Y3_xGaxSb07 (0.5^x^1) 改變由Garz-Tovar et al採用的Sol-Gel方法，採用有機金屬前驅物，製備 Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)和 Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)。購買前驅體乙酸鐿(Yb (CH3C02) 3)、 乙酸鎵(Ga(CH3C02)3)、乙酸釔水合物(Y(CH3C02)3 xH20)、氯化銻(SbCl5)溶於異丙醇中， 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 10min;b.在 400°C 保溫 40 士 lOmin; c.由 400°C 升溫至 730 °C，升溫時間為 40士lOmin ;d.在 730°C 保溫 480_800min ;e.由 730°C 升溫至 1050士30°C，升溫時間為 20士 lOmin ；f.在 1050士30°C保溫 2200士400min， 爐冷。粉末壓片經最高溫度1050 士 30°C保溫2200 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Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)和 Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)粉末光催化材料。以上實施例中，x = 0. 5或x = 0. 65或x = l均可。2. 「磁性顆粒核_光催化劑殼」結構的磁性複合催化材料的製備工藝路線如下(1) y -Fe203 (鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)和 Y "Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)(光催化劑殼)的製備採用脈衝雷射濺射沉積的方法a.靶材製備通過上述固相燒結的方法製備Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)靶材和 Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材，靶材直徑為10mm，厚度為2mm ；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒、-Fe203作為襯底；c.採用脈衝雷射濺射沉積儀，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 10Pa，沉積室內 初始壓力為6X10_5Pa 2X10_3Pa，靶材至襯底的距離為3 7釐米，襯底的溫度為 300 700 °C,分別濺射 Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)靶材和 Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)靴 材至Y-Fe203襯底表面，在Y_Fe203襯底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90 120分鐘，將上述兩種膜分別於氮氣或在氬氣中在1340士 10°C和1340士 10°C溫度下處理 60士 lOmin，使之晶化而得到所需的磁性複合催化材料y _Fe203-Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1) 和 y -Fe203-Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)。採用多靶磁控濺射沉積的方法a.靶材製備準備純金屬Yb、Ga、Sb、Y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、-Fe203作為襯底；c.採用多靶磁控濺射儀，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/(02+Ar))為30% 50%，沉積 室內初始壓力為3. 3 X 10_6Torr 1 X 10_5Torr，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 Y、Yb和Sb靶材至、-Fe203襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)膜層，將 此膜層於氮氣或氬氣中在1340 士 10°C處理60 士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Y_Fe203 (鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0.5^x^l)(光催化劑殼)；在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射 純金屬Y、Ga和Sb靶材至、-Fe203襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1) 膜層，將此膜層於氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理60士 lOmin;使之晶化而得到所需的 Y "Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)(光催化劑殼)。
(2) Si02 (順磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 ≤x ≤ 1)(光催化劑殼)和 Si02 (順磁 性顆粒核)_Y3_xGaxSb07(0.光催化劑殼)的製備採用脈衝雷射濺射沉積的方法a.靶材製備通過上述固相燒結的方法製備Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1)靶材和 Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)靶材，靶材直徑為10mm，厚度為2mm ；b.選取襯底選用順磁性顆粒Si02作為襯底；c.採用脈衝雷射濺射沉積儀，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 lOPa，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，分 別濺射Y3_xYbxSb07 (0. 5≤x≤1)靶材和Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)靶材至Si02襯底表面， 在Si02襯底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90 120分鐘，將上述兩種膜分別於氮 氣或在氬氣中均在1340士 10°C和1340士 10°C溫度下處理60士 lOmin，使之晶化而得到所需 的磁性複合催化材料 Si02-Y3_xYbxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)和 Si02-Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)。採用多靶磁控濺射沉積的方法a.靶材製備準備純金屬Yb、Ga、Sb、Y金屬靶材，靶材直徑為5 6釐米；b.選取襯底選用順磁性顆粒Si02作為襯底；c.採用多靶磁控濺射儀，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/(02+Ar))為30% 50%，沉 積室內初始壓力為3. 3 X 10_6Torr 1 X 10_5Torr，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Y、Yb和Sb靶材至Si02襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xYbxSb07(0. 5 ^ x ^ 1)膜層，將 此膜層於氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Si02 (順磁 性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5^x^l)(光催化劑殼)；在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純 金屬Y、Ga和Sb靶材至Si02襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xGaxSb07(0. 5≤x≤1)膜層， 將此膜層於氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Si02 (順 磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5≤x≤1)(光催化劑殼)。(3) MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)(光催化劑殼)和MnO (反鐵 磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0.光催化劑殼)的製備採用脈衝雷射濺射沉積的方法a.靶材製備通過上述固相燒結的方法製備Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1)靶材和 Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)靶材，靶材直徑為10mm，厚度為2mm ；b.選取襯底選用反鐵磁性顆粒MnO作為襯底；c.採用脈衝雷射濺射沉積儀，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 lOPa，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，分別濺射Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)靶材和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材至MnO襯底表面， 在MnO顆粒襯底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90 120分鐘，將上述兩種膜分別 於氮氣或在氬氣中在1340士 10°C和1340士 10°C溫度下處理60士 lOmin，使之晶化而得到所 需的磁性複合催化材料Mn0-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)和Mn0_Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)。採用多靶磁控濺射沉積的方法a.靶材製備準備純金屬Yb、Ga、Sb、Y金屬靶材，靶材直徑為5 6釐米；b.選取襯底選用反鐵磁性顆粒MnO作為襯底；c.採用多靶磁控濺射儀，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/(02+Ar))為30% 50%，沉 積室內初始壓力為3. 3 X 10_6Torr 1 X 10_5Torr，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Y、Yb和Sb靶材至MnO顆粒襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)膜層， 將此膜層於氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的MnO (反鐵 磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5^x^l)(光催化劑殼)；在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射 純金屬Y、Ga和Sb靶材至MnO襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)膜層， 將此膜層於氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的MnO (反鐵 磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)。3.磁場_光催化反應系統的建立方法建立磁場-光催化反應系統，成功製作了磁場強度可調式交變磁場發生器，磁場 強度量程為0. 05 1. 5T (特斯拉)。光源為300W氙燈和400W高壓汞燈。通過磁場裝置和 光催化材料構成的反應系統降解廢水，採用、"Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y2YbSb07 (光催化劑 殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y2YbSb07 (光 催化劑殼)作為催化劑，或採用 Y -Fe203-Y2GaSb07、Si02_Y2GaSb07、Mn0_Y2GaSb07，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(X > 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。 選擇水中典型難降解有機物五氯酚Pentachlorophenol、染料和阿特拉津 Atrazine作為目標降解物。通過磁場控制複合磁性顆粒在含有有機物的水溶液中呈梯度 分布，利用不同磁性(鐵磁性、順磁性和反鐵磁性)的磁性顆粒核包覆光催化劑，這些磁性 複合催化材料在定向磁場作用下可以促進同類磁性顆粒的混合，避免顆粒團聚，使其完全 均勻地分散在水溶液中從而使磁性複合催化材料均勻分布在水溶液內上、中、下三層。還 可根據需要靈活施加靜磁場與交變磁場，可以在很大的長度和成分範圍內方便地調整強磁 性與弱磁性顆粒的分布，進而使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機汙染物及光源充 分接觸，在可見光(或紫外光)照射下有機汙染物能夠被高效率地降解。選用鐵磁性顆 粒、_Fe203、順磁性顆粒Si02和反鐵磁性顆粒MnO作為載體，通過多靶磁控濺射沉積法或 脈衝雷射濺射沉積法負載新型催化劑，製備易回收且高效的磁性複合光催化材料，探索了 磁性複合光催化材料在磁場作用下梯度分布特性，並探討了磁場_磁性顆粒負載新型催化 劑-可見光(或紫外光)一體化技術降解有機汙染物的協同效應、影響因素與降解機理。
核-殼結構催化材料的應用，還在於通過Y2YbSb07或Y2GaSb07粉末為催化劑，或分別負載Pt，NiO和Ru02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. Y2YbSb07 和 Y2GaSb07 的性能表徵通過XRD、XPS結果得知Y2YbSb07和Y2GaSb07皆為單相，且實驗原始材料高度純淨， 無任何雜質相。通過X射線螢光光譜儀測定Y2YbSb07的平均原子摩爾百分比為Y Yb Sb 0 =2.00 0. 98 1. 01 6.97。用 Rietveld 軟體對 Y2YbSb07 的 XRD 結果進行結構精修， 結構精修因子RP值為RP = 10.09%。Y2YbSb07的空間群為Fd-3m，結構為立方晶系，燒綠 石結構，晶胞參數 a 為 10. 49977 (8) A。Y2YbSb07 各衍射峰的(222)、(400)、(440)、(622)、 (444)、(800)、(662)、(840)、(844)等晶面指數被標定。Y2YbSb07中各個原子的空間原子位 置參數被確定(見表1)。採用紫外可見漫反射光譜儀對Y2YbSb07在光的照射下產生的特 徵吸收邊進行測定，獲得Y2YbSb07的帶隙寬度為2. 521eV,獲得Y2YbSb07的能帶結構，導帶 由Y的4d軌道、Yb的4f軌道和Sb的5p軌道構成，價帶由0的2p軌道構成。通過X射線螢光光譜儀測定Y2GaSb07的平均原子摩爾百分比為Y Ga Sb 0 =2.00 0. 97 1.02 6.99。用 Rietveld 軟體對 Y2GaSb07 的 XRD 結果進行結構精修， 結構精修因子RP值為RP = 12.36%。Y2GaSb07的空間群為Fd-3m，結構為立方晶系，燒綠 石結構，晶胞參數 a 為 10. 17981 (1) A。Y2GaSb07 各衍射峰的(222)、(400)、(440)、(622)、 (444)、(800)、(662)、(840)、(844)等晶面指數被標定。Y2GaSb07中各個原子的空間原子位 置參數被確定(見表2)。採用紫外可見漫反射光譜儀對￥26必1307在光的照射下產生的特 徵吸收邊進行測定，獲得Y2GaSb07的帶隙寬度為3. 322eV,獲得Y2GaSb07的能帶結構，導帶 由Y的4d軌道、Ga的4p軌道和Sb的5p軌道構成，價帶由0的2p軌道構成。應用實例1.採用Y2GaSb07粉末降解廢水中的五氯酚將Y2GaSb07粉末0. 8g，放入300mL五氯酚水溶液中形成懸浮體系，五氯酚水溶液 的初始濃度為0. lmmol廠1，初始pH值為7。選取300W的氙燈照射五氯酚溶液，配上截止濾 光片(X > 420nm)。實驗過程中，用磁力攪拌器和充氧曝氣的方式維持催化劑粉末呈懸浮 狀態。整個光照反應在密閉不透光的環境下進行。經400分鐘，五氯酚的去除率為93.4%， 光量子效率為0. 33%，總有機碳T0C的去除率(礦化率)達89. 1 %。2.採用Y2YbSb07粉末降解廢水中的五氯酚將Y2YbSb07粉末0. 8g，放入300mL五氯酚水溶液中形成懸浮體系，五氯酚水溶液 的初始濃度為0. lmmol廠1，初始pH值為7。選取300W的氙燈照射五氯酚溶液，配上截止濾 光片(X > 420nm)。實驗過程中，用磁力攪拌器和充氧曝氣的方式維持催化劑粉末呈懸浮 狀態。整個光照反應在密閉不透光的環境下進行。經400分鐘，五氯酚的去除率為91.2%， 光量子效率為0. 30%，總有機碳T0C的去除率(礦化率)達88.6%。3.採用y _Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y2GaSb07(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)降解廢水 中的阿特拉津利用自製的磁場-光催化反應系統，通過磁場強度可調式交變磁場發生器， 磁場強度選取0.3 0.6T(特斯拉)。光源為300W氙燈。採用Y_Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁 性顆粒核)"Y2GaSb07 (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，選擇水中典型難降解的阿特拉津作為目標降解物。當磁場強度為0. 3 0. 6特斯拉時，上述三種磁性複合催化劑顆粒在含有阿特拉津的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。此時選擇900mL阿特拉津水溶液，同時所有磁 性顆粒表面塗覆的Y2GaSb07重量接近2. 4g，阿特拉津水溶液的初始濃度為0. lmmol L—1，初 始PH值為7。選取300W的氙燈照射阿特拉津溶液，配上截止濾光片U > 420nm)。實驗過 程中，同樣採用充氧曝氣。整個光照反應在密閉不透光的環境下進行。最後靈活施加靜磁 場與交變磁場，可以使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機汙染物及光源充分接觸， 在可見光照射400分鐘後，阿特拉津的去除率達到96. 8%，光量子效率為0. 33%，總有機碳 T0C的去除率(礦化率)達93.2%。4.採用Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y2YbSb07(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y2YbSb07 (光催化劑殼)降解廢水 中的阿特拉津利用自製的磁場_光催化反應系統，通過磁場強度可調式交變磁場發生器， 磁場強度選取0.3 0.6T(特斯拉)。光源為300W氙燈。採用Y_Fe203 (鐵磁性顆粒 核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁 性顆粒核)"Y2YbSb07 (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，選擇水中典型難降解的阿特拉津作為目標降解物。當磁場強度為0. 3 0. 6特斯拉時，上述三種磁性複合催化劑顆粒在含有阿特拉津的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。此時選擇900mL阿特拉津水溶液，同時所有磁 性顆粒表面塗覆的Y2YbSb07重量接近2. 4g，阿特拉津水溶液的初始濃度為0. lmmol 初 始PH值為7。選取300W的氙燈照射阿特拉津溶液，配上截止濾光片U > 420nm)。實驗過 程中，同樣採用充氧曝氣。整個光照反應在密閉不透光的環境下進行。最後靈活施加靜磁 場與交變磁場，可以使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機汙染物及光源充分接觸， 在可見光照射400分鐘後，阿特拉津的去除率達到93.5%，光量子效率為0.31%，總有機碳 T0C的去除率(礦化率)達90. 4%。5.採用Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y2GaSb07(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)降解廢水 中的五氯酚利用自製的磁場-光催化反應系統，通過磁場強度可調式交變磁場發生器， 磁場強度選取0.3 0.6T(特斯拉)。光源為300W氙燈。採用Y_Fe203 (鐵磁性顆粒 核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵 磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (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，選擇水中典型難降解的五氯酚作為目標降解物。當磁場強度為0. 3 0. 6特斯拉時，上述三種磁性複合催化劑顆粒在含有五氯酚的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。此時選擇900mL五氯酚水溶液，同時所有磁性顆 粒表面塗覆的Y2GaSb07重量接近2. 4g，五氯酚水溶液的初始濃度為0. lmmol 初始pH值 為7。選取300W的氙燈照射五氯酚溶液，配上截止濾光片(入> 420nm)。實驗過程中，同樣採用充氧曝氣。整個光照反應在密閉不透光的環境下進行。最後靈活施加靜磁場與交變 磁場，可以使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機汙染物及光源充分接觸，在可見光 照射400分鐘後，五氯酚的去除率達到96. 7%，光量子效率為0. 35%，總有機碳T0C的去除 率(礦化率)達93.4%。6.採用Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y2YbSb07(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y2YbSb07 (光催化劑殼)降解廢水 中的五氯酚利用自製的磁場_光催化反應系統，通過磁場強度可調式交變磁場發生器， 磁場強度選取0.3 0.6T(特斯拉)。光源為300W氙燈。採用Y_Fe203 (鐵磁性顆粒 核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵 磁性顆粒核)-Y2YbSb07 (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，選擇水中典型難降解的五氯酚作為目標降解物。當磁場強度為0. 3
0.6特斯拉時，上述三種磁性複合催化劑顆粒在含有五氯酚的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。此時選擇900mL五氯酚水溶液，同時所有磁性顆 粒表面塗覆的Y2YbSb07重量接近2. 4g，五氯酚水溶液的初始濃度為0. lmmol 初始pH值 為7。選取300W的氙燈照射五氯酚溶液，配上截止濾光片(入> 420nm)。實驗過程中，同 樣採用充氧曝氣。整個光照反應在密閉不透光的環境下進行。最後靈活施加靜磁場與交變 磁場，可以使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機汙染物及光源充分接觸，在可見光 照射400分鐘後，五氯酚的去除率達到94. 3%，光量子效率為0. 32%，總有機碳T0C的去除 率(礦化率)達91. 5%。7.採用Y2GaSb07分解水製取氫氣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實 驗，照射光源採用300W的氙燈(入射光通量為4. 513X10"6Einstein L、—1，420nm截止濾光 片)或400W(入射光通量為6. 013Xl(T6Einstein ！/、-1，390nm截止濾光片)的高壓汞燈， 在300mL純水中放入Y2GaSb07粉末0. 8g。溢出的氫氣產率採用帶有TCD的氣相色譜-質譜 聯用儀測定，該氣相色譜-質譜聯用儀和密閉環路內部照明反應器相連。在反應之前密閉 環路內部照明反應器內各種氣體被去除，氬氣被充入該反應器，直到反應器內的氧氣和氮 氣被完全去除。在氙燈照射下24小時後，氫氣的產量為762. 4微摩爾，氧氣的產量為378. 5 微摩爾；在高壓汞燈照射下24小時後，氫氣的產量為2148. 8微摩爾，氧氣的產量為1069. 2 微摩爾。以Y2GaSb07粉末為催化劑，分別負載Pt，Ni0和Ru02輔助催化劑分解水製取 氫氣，入射光主波長為入=360nm，催化劑0. 8g，純水300mL，50mL CH30H，光源為400W 高壓汞燈，以0. 2wt% _Pt/Y2GaSb07為複合催化劑，24小時後氫氣的產量為5. 46mmol ； 以1. Owt % -Ni0/Y2GaSb07為複合催化劑，24小時後氫氣的產量為4. 12mmol ；以
1.0wt% -Ru02/Y2GaSb07為複合催化劑，24小時後氫氣的產量為3. 18mmol。8.採用Y2YbSb07分解水製取氫氣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實 驗，照射光源採用300W的氙燈(入射光通量為4. 513X10"6Einstein L、—1，420nm截止濾光 片)或400W(入射光通量為6. 013Xl(T6Einstein ！/、-1，390nm截止濾光片)的高壓汞燈，
15在300mL純水中放入Y2YbSb07粉末0. 8g。溢出的氫氣產率採用帶有TCD的氣相色譜-質譜 聯用儀測定，該氣相色譜-質譜聯用儀和密閉環路內部照明反應器相連。在反應之前密閉 環路內部照明反應器內各種氣體被去除，氬氣被充入該反應器，直到反應器內的氧氣和氮 氣被完全去除。在氙燈照射下24小時後，氫氣的產量為658.6微摩爾，氧氣的產量為326. 1 微摩爾；在高壓汞燈照射下24小時後，氫氣的產量為1836. 5微摩爾，氧氣的產量為915. 8 微摩爾。 以Y2YbSb07粉末為催化劑，分別負載Pt，NiO和Ru02輔助催化劑分解水製取 氫氣，入射光主波長為入=360nm，催化劑0. 8g，純水300mL，50mL CH30H，光源為400W 高壓汞燈，以0. 2wt% _Pt/Y2YbSb07*複合催化劑，24小時後氫氣的產量為4. 72mmol ； 以1. Owt % -Ni0/Y2YbSb07為複合催化劑，24小時後氫氣的產量為3. 89mmol ；以 1. 0wt% -Ru02/Y2YbSb07為複合催化劑，24小時後氫氣的產量為2. 63mmol。
權利要求
核-殼結構的催化材料磁性顆粒核-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)和磁性顆粒核-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)的製備方法其特徵是採用脈衝雷射濺射沉積的方法a.靶材製備採用固相燒結的方法製備Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)和Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)靶材，靶材直徑為10mm，厚度為2mm；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒γ-Fe2O3、順磁性顆粒SiO2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8～10Pa，沉積室內初始壓力為6×10-5Pa～2×10-3Pa，靶材至襯底的距離為3～7釐米，襯底的溫度為300～700℃，分別濺射Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)靶材和Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)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γ-Fe2O3、SiO2或MnO襯底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90～120分鐘，將上述六種膜分別於氮氣或在氬氣中在1340±10℃和1340±10℃溫度下處理60±10min，使之晶化而得到所需的磁性複合催化材料γ-Fe2O3-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)、γ-Fe2O3-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)、MnO-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)或MnO-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤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Yb或Ga與Sb和Y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γ-Fe2O3、、順磁性顆粒SiO2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(O2/(O2+Ar))為30％～50％，沉積室內初始壓力為3.3×10-6Torr～1×10-5Torr，靶材至襯底的距離為4～15釐米，襯底的溫度為0～400℃，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Y、Yb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Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)膜層，將上述三種膜層於氮氣或氬氣中在1340±10℃處理60±10min；使之晶化而得到所需的光催化劑核殼結構γ-Fe2O3(鐵磁性顆粒核)-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)(光催化劑殼)、SiO2-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)或MnO-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)。在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬Y、Ga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Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)膜層，將上述三種膜層於氮氣或氬氣中在1340±10℃處理60±10min；使之晶化而得到所需的γ-Fe2O3(鐵磁性顆粒核)-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)(光催化劑殼)、SiO2-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)或MnO-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)。
2.根據權利要求1所述的粉末催化材料Y3_xYbxSb07(0.5彡χ彡1)和 Y3^xGaxSbO7 (0. 1)的製備方法其特徵是粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡χ彡1)或 Y3^xGaxSbO7(0. 5彡χ彡1)的製備採用高溫固相燒結的方法；以純度為99. 99%的Y2O3Jb2O3 和Sb2O5或Y203、Ga2O3和Sb2O5為原材料，將Y、Yb和Sb或Y、Ga和Sb以所述分子式的原子比的Y203、Yb2O3和Sb2O5或Y203、Ga2O3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4士 1小時，壓製成片，放入高溫燒結爐中燒制。將爐 溫升至700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730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 730°C，升溫時間為 40士 IOmin ；d.在 730°C保溫 480_800min ；e.由 730°C升溫 至 1340士50°C，升溫時間為 50士 IOmin ；f.在 1340士50°C保溫 3800士400min，爐冷。粉末壓片經最高溫度1340士50°C保溫3800士400min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Y3-JbxSbO7或Y3_xGaxSb07 (0. 5 < χ < 1)粉 末光催化材料；或者是粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5≤χ≤1)或Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ χ ≤ 1)的 製備採用溶膠-凝膠法製備利用改進的Sol-Gel方法，採用有機金屬前驅物，製備 Y3-JbxSbO7 (0. 5 ≤ χ ≤ 1)禾Π Y3^xGaxSbO7 (0. 5 ≤ χ ≤ 1)。前驅體乙酸鐿(Yb (CH3CO2) 3)或 乙酸鎵(Ga(CH3CO2)3)與乙酸釔水合物(Y(CH3CO2)3. XH2O)和氯化銻(SbC15)溶於異丙醇 中，且以Y、Yb和Sb或Y、Ga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 10min;b.在 400°C保溫 40士 IOmin ；c.由 400°C升溫至 730°C，升溫時間為 40士 IOmin ；d.在 730°C保溫 480-800min ；e.由 730°C升溫至 1050士30°C，升溫時間為 20士 IOmin ；f.在 1050士30°C保溫 2200士400min，爐冷。粉末壓片經最高溫度1050士30°C保溫2200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Y3_xYbxSb07(0. 5≤χ≤1) 和Y3_xGaxSb07(0. 5≤χ≤1)粉末光催化材料。
全文摘要
核-殼結構的催化材料磁性顆粒核-Y3-xYbxSbO7和磁性顆粒核-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)的製備方法，採用脈衝雷射濺射沉積的方法a.靶材製備採用固相燒結的方法製備Y3-xYbxSbO7和Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)靶材；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒γ-Fe2O3、順磁性顆粒SiO2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，在γ-Fe2O3、SiO2或MnO襯底上沉積厚度不同的膜，將上述膜分別於氮氣或在氬氣中在1340±10℃和1340±10℃溫度下處理60±10min，使之晶化而得到所需的磁性複合催化材料，包括製備Y3-xYbxSbO7與Y3-xGaxSbO7。
文檔編號C23C14/08GK101850256SQ20101019578
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月9日 優先權日2010年6月9日
發明者張玲燕, 欒景飛, 胡知田, 馬坤 申請人:南京大學