[发明专利]一种微波水热制备ZnGa2O4单晶的方法

说明书

技术领域：

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种具有光催化性能的ZnGa₂O₄单晶的制备方法。

背景技术

在染料废水处理方面，半导体光催化剂有着潜在的应用前景。最近，研究发现p型半导体有着较强且持久的光催化性能，一些宽禁带的p型半导体甚至能用于水的分解和空气净化。ZnGa₂O₄作为一种宽禁带的p型半导体，其应用前景比较广泛，可以应用于场发射显示器、阴极射线发光材料；同时在光催化方面，介孔ZnGa₂O₄用于CO₂的光还原，成功地实现了将CO₂转化为碳氢化合物燃料；在染料废水降解中，ZnGa₂O₄表现出优异的光催化活性。

目前，制备ZnGa₂O₄的方法有固相法、溶胶凝胶法、无机前驱体法、水热法等。固相反应法所需温度较高，在1200℃左右烧成[Kim JS，Park HL，Kim GC.et al.Luminescence enhancement of ZnGa₂O₄:Mn²⁺by Ge⁴⁺and Li⁺ doping[J].Solid State Communications，2003，126(9)：515-518]；于敏等人以柠檬酸为络合剂，采用溶胶凝胶法合成了ZnGa₂O₄粉体并表征了其发光性能[于敏，林君，周永慧等.柠檬酸-凝胶法合成ZnGa₂O₄：Mn²⁺/Eu³⁺及其发光性能的研究[J].发光学报，2002，23(3)：287-290.]Lu等人采用无机前驱体法制备了椭球状ZnGa₂O₄材料[Lu Zou，Xu Xiang，Min Wei，et al.Single-Crystalline ZnGa₂O₄Spinel Phosphor via a Single-Source Inorganic Precursor Route[J].InorgnicChemistry Article，2008，47(6)：1361-1369]；李朝建等人采用水热法制备了棒状和小颗粒状ZnGa₂O₄材料[李朝建，黄可龙，全玉等.pH值对水热法制备ZnGa₂O₄粉体的影响[J].功能材料与器件学报，2006，12(5)：456-460]；

这些方法的实验周期较长，且操作复杂，工艺过程不易控制，重复性差，而微波水热法综合了水热法和微波加热的优点，可在低温短时间下，合成目标产物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设备成本低，操作简单，且能在液相中一次完成，不需后期热处理的具有光催化性能的微波水热制备ZnGa₂O₄单晶的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

步骤一：将分析纯的氧化镓(Ga₂O₃)溶解于0.1-1mol/L盐酸中，不断搅拌制成Ga离子浓度为0.1-2mol/L的悬浮液A；

步骤二：将乙酸锌(Zn(CH₃COO)₂)加入在蒸馏水中并不断搅拌，配制成Zn离子浓度为0.1-1mol/L的透明溶液B；

步骤三：将悬浮液A与透明溶液B按Zn∶Ga＝1∶1-4的摩尔比混合并搅拌均匀，然后向混合溶液中按Zn+Ga∶聚乙烯吡咯烷酮(PVP)＝1∶0.3-1的摩尔比加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，用分析纯的氢氧化钠(NaOH)调节溶液的pH＝9-13，充分搅拌30-120min得溶液C；

步骤四：将溶液C置于水热反应釜中，控制填充比为40％-60％，将其放入温压双控微波水热反应仪，选择控温模式，温控温度为140-180℃，反应时间为1-4h，反应结束后自然冷却至室温；

步骤五：取出水热反应釜，将釜中产物离心过滤，然后用去离子水和无水乙醇分别清洗3-8次，放入60-100℃烘箱干燥3-5h即得到ZnGa₂O₄单晶。