[发明专利]稀土纳米复合材料的合成及表面修饰方法

说明书

技术领域

本发明属于材料化学和材料物理技术领域，具体涉及稀土纳米复合材料的合成及表面修饰方法。

背景技术

二氧化钛是光催化领域中常用的光催化剂，但由于二氧化钛的带隙宽度为3.2eV，其对应的吸收波长为387.5nm，即只有当二氧化钛吸收了波长小于387.5nm的紫外光之后，才能产生光催化效果，而紫外光对环境和人类可造成一定的污染和伤害，使二氧化钛的应用受到极大限制。为克服这一弱点，国内外的研究者多采用复合半导体或表面敏化技术，以拓展二氧化钛的光谱吸收范围到可见光区，但是二氧化钛的光催化性能提高有限，因为这两种技术是将光敏剂或窄带半导体的价带电子激发到二氧化钛的导带上，在二氧化钛价带上并未产生具有高氧化活性的空穴，而空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH^-或H₂O发生作用，生成·OH^-，·OH^-是一种活性更高、也是光催化体系的主要氧化物种，能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化，光生电子虽也能与O₂发生作用，生成HO₂·或O₂^-·等活性氧类，但其氧化能力远弱于空穴。也有人采用离子掺杂的方法，将过渡金属、非金属、稀土金属等分别掺入二氧化钛晶格结构内，借助于掺杂离子在二氧化钛带隙内产生的掺杂能级，使二氧化钛的光谱吸收得到一定程度的改善，可以使二氧化钛的光催化反应在可见光下进行。在利用二氧化钛的光催化氧化特性进行光动力学医学研究时，需要将光引入病兆深处，激发二氧化钛的氧化还原性能，杀死细菌和肿瘤细胞，可见光的穿透能力有限，不能完成此重任，但红外光和近红外光可以。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土纳米复合材料的合成及表面修饰方法。

本发明的具体步骤如下：

1.原料的制备：

①钛酸丁酯水解液的制备：按体积比3.4∶2∶1∶16将钛酸丁酯、冰醋酸和水加入到无水乙醇中；

②稀土掺杂溶液的制备：取稀土氧化物固体Er₂O₃、Tm₂O₃或Yb₂O₃适量，加入过量浓硝酸，加热溶解，并将多余的酸液挥发，用蒸馏水稀释，定容，配成浓度为0.1mol/L的Er(NO₃)₃、0.1mol/LYb(NO₃)₃和0.01mol/L的Tm(NO₃)₃水溶液。

③过渡金属溶液的制备：取Fe(NO₃)₃固体适量，加入无水乙醇，配成浓度为0.1～10^-6mol/L的醇溶液。

2.所需设备：

烧杯，磁力搅拌器，真空干燥箱，研钵，马弗炉

3.合成步骤：

①钛酸丁酯的水解：按体积比3.4∶2∶1∶16将钛酸丁酯、冰醋酸和水加入到无水乙醇中，搅拌30-60分钟；

②掺杂元素溶液的加入：按照Ti/Er/Yb摩尔比为1∶(0.01～0.03)∶(0.01～0.03)的比例分别将Er(NO₃)₃、Yb(NO₃)₃加入到钛酸丁酯水解液中[或按照Ti/Tm/Yb摩尔比为1∶(0.001～0.003)∶(0.003～0.02)的比例分别将Tm(NO₃)₃、Yb(NO₃)₃溶液，加入到钛酸丁酯水解液中]；

③表面修饰用溶液的加入：将Fe(NO₃)₃溶液按照Fe/Ti摩尔比0.02∶1～2×10^-7∶1，与稀土溶液一起加入到钛酸丁酯的水解液中；

④继续强力搅拌1～1.5小时，至生成凝胶；将凝胶至于真空干燥箱中，50-60℃真空干燥24-48小时；

⑤高温焙烧：将干燥后的凝胶在研钵中研细，置马弗炉中分别于600～1050℃焙烧2～4小时，即得稀土纳米复合材料。