本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的制備方法。

背景技術(shù)：

燒綠石結(jié)構(gòu) (pyrochlore)氧化物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為A₂B₂O₇，其中A和B為金屬。燒綠石結(jié)構(gòu)含有兩種不同的金屬陽離子配位多面體,由離子半徑較大的金屬離子占據(jù)A位形成八面體配位,離子半徑較小的金屬離子占據(jù)B位形成四面體配位，兩種配位多面體相互穿插構(gòu)成A₂B₂O₇的晶體結(jié)構(gòu)。由于A位原子和B位原子半徑比可以在一定范圍內(nèi)變化,因此燒綠石結(jié)構(gòu)化合物具有優(yōu)異的光電磁等物理性質(zhì),而成為納米材料領(lǐng)域最富有活力的研究對(duì)象。

錫基燒綠石結(jié)構(gòu)材料更加特別，在一些重要的氧化反應(yīng)過程，具有非常高的催化活性。優(yōu)良的結(jié)構(gòu)決定燒綠石型錫酸鹽復(fù)合氧化物具有很多特殊的性質(zhì)，如高熱穩(wěn)定性、高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、高的熔點(diǎn)以及優(yōu)良的電子傳輸能力等。所以這類化合物在高溫材料、離子導(dǎo)電性、鐵電鐵磁、以及光催化領(lǐng)域都有廣泛的運(yùn)用。

錫酸釔(Y₂Sn₂O₇)的傳統(tǒng)制備方法主要有固相法和共沉淀法。傳統(tǒng)的高溫固相合成法不僅浪費(fèi)資源,產(chǎn)物易出現(xiàn)雜相、尺寸較大等缺點(diǎn)。共沉淀法易產(chǎn)生雜相，且比表面積小,影響其作為催化劑或催化劑載體的性能。在共沉淀制備工藝中，使用大量的沉淀劑，使得制備成本增加，所制備的錫酸釔純度不高，造成致密度低、強(qiáng)度差等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種工藝簡(jiǎn)單，目的產(chǎn)物收率高，制備成本低，產(chǎn)品純度高的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的制備方法，系將乙酰丙酮釔和四氯化錫在甲醇中充分溶解后，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，過濾、洗滌后，再經(jīng)過干燥、煅燒冷卻后即得目的產(chǎn)物。

作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述乙酰丙酮釔和四氯化錫的摩爾比為1:1。所述乙酰丙酮釔的摩爾濃度為0.01～0.2 mol/L。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述溶劑熱反應(yīng)溫度在110～220 °C，反應(yīng)時(shí)間為6～48小時(shí)。

更進(jìn)一步地，本發(fā)明所述干燥時(shí)間為1～5小時(shí)，干燥溫度為60～150°C，升溫速率為2～10 °C/分鐘。

更進(jìn)一步地，本發(fā)明所述煅燒時(shí)間為2～8小時(shí)，煅燒溫度為500～800 °C，升溫速率為2～20 °C/分鐘。

本發(fā)明利用溶劑熱-煅燒兩步法，成功的在低溫條件下制備出了純度較高的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)。

（1）錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的制備工藝路線簡(jiǎn)單，制備成本低，操作容易控制，具有較高的生產(chǎn)效率，合成錫酸釔材料的形貌是球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料，是由大量的納米粒子組裝成一個(gè)大球。大球的尺寸為5~8 mm，納米粒子的尺寸為10~20 nm。目的產(chǎn)物收率高（99.0%～99.9%），可滿足工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹀a酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)品的要求。

（2）目的產(chǎn)物錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料，其純度高（99.92％～99.98％），雜質(zhì)含量低，分散性好（通過SEM圖可以看出）。

（3）本發(fā)明制備的目的產(chǎn)物錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的禁帶寬度為2.6～2.8 eV，可滿足工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹀a酸釔材料產(chǎn)品的要求。

（4）本發(fā)明制備的目的產(chǎn)物錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料用作光催化劑使用，60分鐘降解率可達(dá)到（97.0％～99.4％），具有較高的催化活性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。

圖1為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的SEM形貌圖。

圖2為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的SEM形貌圖。

圖3為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的SEM形貌圖。

圖4為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的SEM形貌圖。

圖5為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的SEM形貌圖。

圖6為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的X射線衍射花樣圖。

圖7為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的可見-紫外吸收光譜圖。

圖8為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的能帶寬度圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明將乙酰丙酮釔和四氯化錫在甲醇中充分溶解后，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)（溫度在110～220 °C，時(shí)間為6～48小時(shí)），過濾、洗滌、干燥、煅燒冷卻后即得目的產(chǎn)物（干燥時(shí)間為1～5小時(shí)，溫度為60～120 °C，升溫速率為2～10 °C/分鐘。煅燒時(shí)間為2～8小時(shí)，溫度為500～800°C，升溫速率為2～20 °C/分鐘）。

其制備步驟是。

（1）將乙酰丙酮釔和四氯化錫按照一定的摩爾比稱量后，放入甲醇中充分溶解。將得到的混和溶液在一定溫度下，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，溶劑熱反應(yīng)溫度在110～220 °C，溶劑熱反應(yīng)時(shí)間為6～48小時(shí)。

（2）溶劑熱反應(yīng)結(jié)束，自然冷卻至室溫后，將反應(yīng)得到的產(chǎn)品過濾、洗滌后放入烘箱中，程序升溫速率為2～10 °C/分鐘,在60～120 °C條件下，干燥1～5 小時(shí)。

（3）上述干燥過后，將所得到的產(chǎn)品直接在馬弗爐中煅燒，馬弗爐中程序升溫的升溫速率范圍在2～20 °C/min。煅燒時(shí)間為2～8小時(shí)，煅燒溫度為500～800°C。自然冷卻后即制得錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料。

（4）利用所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料作為光催化劑（0.1g/L），降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實(shí)驗(yàn)中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行光照。用分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙染料濃度變化。

參見圖1～5所示，為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行的掃描電鏡（SEM）圖，所得產(chǎn)品錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料，材料的分散性好，大球的尺寸為5~8 mm，納米粒子的尺寸為10~20 nm。圖6為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的X射線衍射花樣圖，其PDF卡號(hào)為：20-1418。圖7為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的可見紫外吸收光譜圖，其吸收邊在460 nm左右。圖8為本發(fā)明所制備的錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的能帶寬度圖，禁帶寬度約2.7 eV（圖8）。

實(shí)施例1。

將乙酰丙酮釔和四氯化錫按照摩爾比為1：1，準(zhǔn)確稱量后放入甲醇（12C，99.95%）中攪拌溶解，乙酰丙酮釔的摩爾濃度為0.01 mol/L。將得到的混和溶液進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，溶劑熱反應(yīng)溫度在200 °C，溶劑熱反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)。溶劑熱反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，將反應(yīng)得到的產(chǎn)品過濾洗滌后放入烘箱中，程序升溫速率5 °C/分鐘，在120 °C條件下干燥5 小時(shí)。然后放在馬弗爐中煅燒，煅燒時(shí)間為8小時(shí)，煅燒溫度為500 °C，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻后即得到錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料。大球的尺寸為5 mm，納米粒子的尺寸為10 nm，禁帶寬度為2.6 eV，其產(chǎn)品的收率為99.9%。產(chǎn)品純度為99.95%，雜質(zhì)碳含量小于0.05%。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的實(shí)驗(yàn)中，60分鐘的降解率為97.0%。

實(shí)施例2。

將乙酰丙酮釔和四氯化錫按照摩爾比為1：1，準(zhǔn)確稱量后放入甲醇（12C，99.95%）中攪拌溶解，乙酰丙酮釔的摩爾濃度為0.2 mol/L。將得到的混和溶液進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，溶劑熱反應(yīng)溫度在110 °C，溶劑熱反應(yīng)時(shí)間為48小時(shí)。溶劑熱反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，將反應(yīng)得到的產(chǎn)品過濾洗滌后放入烘箱中，程序升溫速率5 °C/分鐘，在120 °C條件下干燥1 小時(shí)。然后放在馬弗爐中煅燒，煅燒時(shí)間為2小時(shí)，煅燒溫度為800 °C，升溫速率為20 °C/分鐘。自然冷卻后即得到錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料。大球的尺寸為8 mm，納米粒子的尺寸為20 nm，禁帶寬度為2.8 eV，其產(chǎn)品的收率為99.5%。產(chǎn)品純度為99.92%，雜質(zhì)碳含量小于0.08%。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的實(shí)驗(yàn)中，60分鐘的降解率為99.0%。

實(shí)施例3。

將乙酰丙酮釔和四氯化錫按照摩爾比為1：1，準(zhǔn)確稱量后放入甲醇（12C，99.95%）中攪拌溶解，乙酰丙酮釔的摩爾濃度為0.1 mol/L。將得到的混和溶液進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，溶劑熱反應(yīng)溫度在200 °C，溶劑熱反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)。溶劑熱反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，將反應(yīng)得到的產(chǎn)品過濾洗滌后放入烘箱中，程序升溫速率5 °C/分鐘，在120 °C條件下干燥3 小時(shí)。然后放在馬弗爐中煅燒，煅燒時(shí)間為2小時(shí)，煅燒溫度為600 °C，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻后即得到錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料。大球的尺寸為6 mm，納米粒子的尺寸為15 nm，禁帶寬度為2.7 eV，其產(chǎn)品的收率為99.9%。產(chǎn)品純度99.98%，雜質(zhì)碳含量小于0.02%。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的實(shí)驗(yàn)中，60分鐘的降解率為99.0%。

實(shí)施例4。

將乙酰丙酮釔和四氯化錫按照摩爾比為1：1，準(zhǔn)確稱量后放入甲醇（12C，99.95%）中攪拌溶解，乙酰丙酮釔的摩爾濃度為0.02 mol/L。將得到的混和溶液進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，溶劑熱反應(yīng)溫度在220 °C，溶劑熱反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)。溶劑熱反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，將反應(yīng)得到的產(chǎn)品過濾洗滌后放入烘箱中，程序升溫速率5 °C/分鐘，在120 °C條件下干燥1 小時(shí)。然后放在馬弗爐中煅燒，煅燒時(shí)間為2小時(shí)，煅燒溫度為600 °C，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻后即得到錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料。大球的尺寸為7 mm，納米粒子的尺寸為15 nm，禁帶寬度為2.8 eV，其產(chǎn)品的收率為99.8%。產(chǎn)品純度為99.95%，雜質(zhì)碳含量小于0.05%。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的實(shí)驗(yàn)中，60分鐘的降解率為99.4%。

實(shí)施例5。

將乙酰丙酮釔和四氯化錫按照摩爾比為1：1，準(zhǔn)確稱量后放入甲醇（12C，99.95%）中攪拌溶解，乙酰丙酮釔的摩爾濃度為0.05 mol/L。將得到的混和溶液進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，溶劑熱反應(yīng)溫度在180 °C，溶劑熱反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)。溶劑熱反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，將反應(yīng)得到的產(chǎn)品過濾洗滌后放入烘箱中，程序升溫速率5 °C/分鐘，在100 °C條件下干燥2 小時(shí)。然后放在馬弗爐中煅燒，煅燒時(shí)間為8小時(shí)，煅燒溫度為500 °C，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻后即得到錫酸釔球形等級(jí)結(jié)構(gòu)材料。大球的尺寸為7mm，納米粒子的尺寸為18 nm，禁帶寬度為2.7 eV，其產(chǎn)品的收率為99.6%。產(chǎn)品純度為99.96%，雜質(zhì)碳含量小于0.04%。在光催化評(píng)價(jià)催化活性的實(shí)驗(yàn)中，60分鐘的降解率為98.5%。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。