[发明专利]利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化物材料技术领域的制备方法，特别是一种利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法。

背景技术

氧化物粉体在光催化、发光材料、磁性材料、电磁波屏蔽和吸收材料、电子器件、染料等领域有广泛的用途。特别是在光催化领域，根据氧化物种类的不同，可在紫外线、可见光、红外线区域呈现出独特的屏蔽和吸收特性，具有良好的光功能活性。随着氧化物材料制备技术的不断发展和成熟，人们可以制备出不同粒径、不同组分、不同结构的各种类型的氧化物。

经对现有技术的文献检索发现，围绕氧化物的制备方法，有不少文献报道，如中国专利CN1559671，名称为：“多孔二氧化钛的制造方法”。该专利的技术特点在于提供一种利用二氧化钛悬浮液中化学成分的作用，使二氧化钛牢固地负载在多孔性颗粒上的制造方法：先选取下列物质按各自重量配比进行充分混合，制成二氧化钛悬浮液：纳米二氧化钛；聚烷基硅氧烷；聚丙烯酸酯；水。将多孔性颗粒如多孔硅胶、多孔性磷灰石、多孔陶瓷或多孔性氧化铝中的一种或几种浸在上述二氧钛悬浮液中，进行充分浸渍；或者将二氧化钛悬浮液喷涂在多孔颗体表面，最后将处理后的多孔颗粒烘干。该技术可以得到多孔二氧化钛但是该技术得到的多孔材料不能实现氮掺杂，限制了产物光电磁等方面的性能及应用，而且该方法对于制备其他种类的氧化物并不具有通用性。再如中国专利CN1565721，名称为：“一种氮掺杂型二氧化钛可见光催化剂的制备方法”。该专利的技术特点在于将钛酸酯、水解催化剂、稀释剂置于反应器中，在紫外灯照射下反应数小时，然后将铵盐水溶液加到反应器中，继续反应，得到溶胶；挥发溶剂，得到钛凝胶后在50～200℃的空气氛中干燥1～3小时即可。该技术采用溶胶凝胶的方法，可以得到氮掺杂型二氧化钛粉体，但是该技术得到的氮掺杂型二氧化钛粉体不具有多孔的特征，同时需要从外界引入氮源，工艺相对复杂。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种利用生物质模板制备自掺杂氮分级多孔氧化物的方法，使制得的氧化物粉体不仅具有生物分级多孔结构，而且有效实现氮自掺杂，对不同波段的光波具有明显增强的捕获及吸收特性。同时原料来源广，成本低廉，工艺相对简单。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明充分利用天然植物叶片所具有的分级多孔精细结构和叶绿体纳米层状结构，天然植物果实所具有的多孔结构及成型特点；利用生物质所固有的丰富的非金属元素N、C等，通过前驱体在生物质结构中的浸渍、组装及烧制，制备得到具有生物质分级多孔精细结构并自掺杂氮的氧化物功能材料。

本发明方法包括如下步骤：

第一步，选择新鲜生物质材料，并将生物质材料在戊二醛PBS固定液中固定数小时；

所述生物质材料在戊二醛PBS固定液中4℃下固定12小时-24小时。

所述戊二醛PBS固定液，是PBS∶戊二醛∶重蒸水按体积比50∶8∶42配制而成，其中PBS指21.8g无水磷酸氢二钠[Na₂HPO₄]，6.4g无水磷酸二氢钠[NaH₂PO₄]，180g氯化钠[NaCl]，溶解在1000ml纯净水中，并用氢氧化钠调节PH值到7.2，配制得到的溶液。

第二步，用纯净水冲洗固定后的生物质原料，用HCl浸泡数小时后，用蒸馏水清洗数次，将生物质浸泡在金属M的盐溶液中100℃-130℃下保温数小时；

所述用HCl浸泡，是HCl浸泡3小时-12小时，其中HCl体积浓度为5％-10％。用HCl浸泡生物质材料是为了除去生物质原料中本身含有的金属离子。

所述保温，其时间为3小时-24小时。

第三步，用纯净水清洗第二步中处理过的生物质材料，将其浸泡在金属M的盐溶液中室温下保温数小时；

所述保温，其时间为24小时-120小时。

第四步，用纯净水清洗第三步中处理过的生物质材料，使其自然干燥；

第五步，再进一步将第四步中处理过的生物质材料在氧气气氛中升温到500℃-1000℃范围内，保温数小时后即得到具有生物质形态的掺氮多孔氧化物N-M_XO_y材料。其中：M为金属Ti、Zn、Ce、Cu、Al、Sn、Y、Mn、Zr、Cr、Fe、Ni、Co、La、Pb、Pd、Ru、Sr、In、Ga、Bi或非金属Si中的一种，X为1，2或3中的一个，Y为1，2，3或4中的一个。

所述升温，其速度为1℃-20℃/分钟。

所述保温，其时间为1小时-5小时。