及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑Li2CuGeO4及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)光催化材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于能源和生態(tài)環(huán)境越來(lái)越關(guān)注，解決能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量和保障國(guó)家安全的迫切需要。
[0003]從20世紀(jì)70年代末期，人們提出了利用光催化劑分解水中和大氣中的農(nóng)藥以及惡臭物質(zhì)等有機(jī)物，以及涂有光催化劑的固體表面的自我清潔等應(yīng)用實(shí)例。光催化反應(yīng)的原理是光催化劑在吸收了高于其帶隙能量的光子后，生成了空穴和電子，這些空穴和電子分別進(jìn)行氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，達(dá)到分解有害化學(xué)物質(zhì)、有機(jī)生物質(zhì)和殺菌的目的。光催化劑有許多種，其中最有代表性的是二氧化鈦(T12),已經(jīng)利用二氧化鈦對(duì)水中和大氣中的農(nóng)藥和惡臭物質(zhì)等有機(jī)物進(jìn)行分解，然而二氧化鈦的帶隙是3.2eV，只有在比400nm短的紫外線的照射下才能顯現(xiàn)出活性，只能在室內(nèi)或者有紫外燈的地方工作，幾乎不能利用可見(jiàn)光，這大大的限制了二氧化鈦光催化劑的使用。
[0004]考慮到光催化劑在分解有害物質(zhì)中的實(shí)用性，利用太陽(yáng)光作為光源是不可缺少的。照射向地表的太陽(yáng)光中波長(zhǎng)在500nm附近可見(jiàn)光的強(qiáng)度最大，波長(zhǎng)為400nm?750nm的可見(jiàn)光區(qū)的能量大約是太陽(yáng)光總能量的43%，所以為了高效的利用，鉍系光催化劑的開發(fā)和研究已經(jīng)取得了一系列重大的成果，三價(jià)鉍的復(fù)合物如扮￥04、8丨21006、8丨210209、8丨2103012和Bi2WO4被報(bào)道在可見(jiàn)光下具有良好的吸收。一系列鈮(鉭)酸鹽光催化劑由于具有較高的光催化活性而被廣泛研究。例如，鈮酸鹽光催化劑Pb3Nb4O13、BiNb04和Bi2MNb07(M=Al、Ga，In，Y，稀土元素和Fe)等和鈮鉀復(fù)合氧化物光催化劑如KNb03、KNb308 J4Nb6O1^K6NbKL6O3O等都具有較好的光催化性能，但是在可見(jiàn)光范圍內(nèi)其本征光催化效應(yīng)很弱或沒(méi)有活性。
[0005]雖然光催化研究已進(jìn)行了若干年，目前對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑的探索與開發(fā)大部分是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)而得出的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在理論上還無(wú)法從化合物的晶體結(jié)構(gòu)、組成、分子量等理化性質(zhì)上預(yù)測(cè)其光催化性能，因此目前報(bào)道的具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑種類仍很有限，并存在著光轉(zhuǎn)換效率低、合成困難、穩(wěn)定性差和光譜響應(yīng)范圍窄等問(wèn)題，研究和開發(fā)新的制備方法簡(jiǎn)單并具有寬頻可見(jiàn)光響應(yīng)的高效光催化劑是本領(lǐng)域科技人員一直渴望解決但始終難以獲得成功的難題，這在很大程度上限制了光催化劑的廣泛應(yīng)用與發(fā)展。我們對(duì)組成為L(zhǎng)i2CuGe04、Li2ZnGe04和Li2MgGeO4的樣品進(jìn)行了光催化性能研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Li2CuGeO4帶隙寬度是2.53eV，具有優(yōu)異的可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化性能；Li2ZnGeO4和Li2MgGeO4為絕緣體，在紫外線的照射下也不顯現(xiàn)出活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑Li2CuGeO4及其制備方法。
[0007]本發(fā)明涉及的具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑的化學(xué)組成式為:Li2CuGeOh
[0008]上述可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑的制備方法具體步驟為:
(I)將99.9%分析純的化學(xué)原料Li2CO3XuO和GeO2的粉末按Li2CuGeO4的組成稱量配料。
[0009](2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。
[0010](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在700?750°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使顆粒平均直徑變小，低于2μπι，即得到Li2CuGeO4粉末。
[0011 ]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):Li2CuGeO4光催化劑的可見(jiàn)光響應(yīng)頻率范圍寬，光轉(zhuǎn)換效率高和穩(wěn)定性好，在可見(jiàn)光照射下具有分解有害化學(xué)物質(zhì)、有機(jī)生物質(zhì)和殺菌的作用；另外制備方法簡(jiǎn)單、合成溫度低，成本低，適合工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明:
1、為了得到本發(fā)明中所使用的復(fù)合氧化物，首先使用固相合成法制備粉末，即把作為原料的各種氧化物或碳酸鹽按照目標(biāo)組成化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行混合，再在常壓下于空氣氣氛中合成。
[0013]2、為了能夠有效利用光，本發(fā)明中的光催化劑的尺寸最好在微米級(jí)別，甚至是納米粒子，且比表面積較大。用固相合成法制備的氧化物粉末，其粒子較大而表面積較小，但是可以通過(guò)球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小。
[0014]3、本發(fā)明的光催化實(shí)驗(yàn)以甲基橙作為模擬有機(jī)污染物，其濃度為20mg/L;光催化劑Li2CuGeO4的加入量為lg/L;光源使用300W的氙燈，反應(yīng)槽使用硼硅酸玻璃制成的器皿，通過(guò)濾波器得到波長(zhǎng)大于420nm的光，然后照射光催化劑;催化時(shí)間設(shè)定為60分鐘。
[0015]實(shí)施例1:
(I)將分析純化學(xué)原料Li2CO3、CuO和GeO2的粉末按Li2CuGeO4的組成稱量配料。
[0016](2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。
[0017](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在700°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使顆粒平均直徑變小，低于2μπι，即得到Li2CuGeO4粉末。
[0018]所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下，60分鐘對(duì)甲基橙去除率達(dá)到97.3%。
[0019]實(shí)施例2:
(I)將分析純化學(xué)原料Li2CO3、CuO和GeO2的粉末按Li2CuGeO4的組成稱量配料。
[0020](2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。
[0021](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在725°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使顆粒平均直徑變小，低于2μπι，即得到Li2CuGeO4粉末。
[0022]所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下，60分鐘對(duì)甲基橙去除率達(dá)到98.5%。
[0023]實(shí)施例3:
(I)將分析純化學(xué)原料Li2CO3、CuO和GeO2的粉末按Li2CuGeO4的組成稱量配料。
[0024](2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。
[0025](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在750°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使顆粒平均直徑變小，低于2μπι，即得到Li2CuGeO4粉末。
[0026]所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下，60min對(duì)甲基橙去除率達(dá)到98.3%。
[0027]本發(fā)明決不限于以上實(shí)施例。各溫度的上下限、區(qū)間取值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不--列舉實(shí)施例。
[0028]以上發(fā)明實(shí)施例所制的光催化劑粉末可負(fù)載于多種基體表面上?；w可以是玻璃、陶瓷、活性炭或石英砂等，光催化劑可以以薄膜的形式負(fù)載于基體表面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑，其特征在于所述光催化劑的化學(xué)組成式為L(zhǎng)i2CuGeO4; 所述光催化劑的制備方法具體步驟為: (1)將分析純化學(xué)原料Li2CO3XuO和GeO2的粉末按Li2CuGeO4的組成稱量配料； (2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩； (3)將步驟(2)混合均勻的粉料在700?750°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使顆粒平均直徑低于2μπι，即得到Li2CuGeO4粉末。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬頻高效的可見(jiàn)光響應(yīng)光催化劑Li2CuGeO4及其制備方法。該光催化劑的化學(xué)組成式為L(zhǎng)i2CuGeO4。本發(fā)明還公開了上述材料的制備方法。本發(fā)明得到的光催化劑具有光譜響應(yīng)范圍寬，光轉(zhuǎn)換效率高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。在可見(jiàn)光照射下具有分解有害化學(xué)物質(zhì)、有機(jī)生物質(zhì)和殺菌的作用；另外制備方法簡(jiǎn)單、合成溫度低，成本低，適合工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用。
【IPC分類】A62D101/28, A62D3/17, B01J23/835, A62D101/26
【公開號(hào)】CN105457645
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510954461
【發(fā)明人】方維雙, 唐瑩, 李潔
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月20日