[发明专利]以PEG作为模板剂制备介孔β-Ga2O3纳米棒光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以PEG作为模板剂制备介孔β-Ga₂O₃纳米棒光催化剂的方法，属于光催化材料及其制备技术领域。 

背景技术

Ga₂O₃是一种透明的宽禁带金属氧化物半导体材料，具有优良的化学稳定性、热稳定性、导电性、发光特性，室温下光学禁带宽度在4.2~4.9eV之间。目前报道的Ga₂O₃有α-，β-，γ-，δ-和ε-Ga₂O₃等5种不同的形式。在室温下，以具有单斜结构的β-Ga₂O₃最为稳定，在光电子器件方面有广阔的应用前景，可广泛的用于Ga及半导体的绝缘层，紫外发光材料和气体传感器等，此外，β-Ga₂O₃作为一种高效的光催化材料，在净化苯系物等VOC方面展现了优越的性能和巨大的应用潜力。 

目前制备β-Ga₂O₃的方法很多，主要有化学沉积法、溶胶-凝胶法、分子束外延法、脉冲激光沉积法、碳热还原法、金属-有机物化学沉积法以及水热法等。上述方法中需要高温作业，对设备和制备工艺的要求比较高，制备和维护成本昂贵。水热法作为一种简单易行的低温湿化学方法，反应是在高压反应釜中进行，操作简单易控，设备精密度要求不高，在制备均一稳定的粉体β-Ga₂O₃方面有独特的优势。专利公开号为：CN101993110A，专利名为：一种微波法制备β-Ga₂O₃的方法，公布了一种用微波消解炉进行微波水热的反应形成白色结晶絮状β-Ga₂O₃的方法，该方法设备结构简单，工艺原理可靠，制备时间短，效率高，操作易行；但是制备的β-Ga₂O₃晶粒尺寸较大、结构不规则，比表面积小，严重影响了β-Ga₂O₃的光催化性能及应用。 

在催化剂制备的过程中加入模板剂造孔是增大催化剂比表面积，改善催化剂微观结构，提高催化剂的光催化性能最常用的方法之一。PEG是一种较为廉价的表面活性剂，作为模板剂广泛用于金属氧化物纳米棒以及光催化半导体材料的制备。在水热法制备β-Ga₂O₃体系中，溶液中的PEG分子通过氢键吸附于GaOOH纳米颗粒，将其覆盖，促使被保护起来的颗粒定向生长，形成均一稳定的形貌。并且由于PEG分子自身具有线性结构和较多的羟基活性点位，可以通过羟基之间的桥联作用吸引邻近的纳米棒聚合，最终形成具有较大直径的棱柱形晶体结构。在煅烧过程中作用于材料表面的PEG分子以及羟基蒸发产生多孔结构，有效地增大了催化剂的比表面积，并产生了丰富的氧空位和镓-氧空位对，有效地抑制了电子-空穴复合，提高了催化剂的光感应强度和光催化效 率。本发明首次以PEG作为模板剂水热法制备均一稳定光催化性能高的介孔β-Ga₂O₃纳米棒光催化剂。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺点，提供一种以PEG为模板剂制备比表面积大、晶体结构完整、光催化性能高的β-Ga ₂O₃光催化剂的新方法。 

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：以PEG作为模板剂制备介孔β-Ga₂O₃纳米棒光催化剂的方法，其特征在于，以含镓化合物、碱性物质为原料，以PEG作为模板剂，采用水热合成法制备介孔β-Ga₂O ₃纳米棒光催化剂，其具体制备过程如下： 

（1）将含镓化合物、碱性物质、PEG、去离子水混合，室温下搅拌1~4小时至完全溶解，在100~300℃水热处理6~24小时； 

（2）冷却后抽滤分离，先用去离子水洗涤3~5次，再用无水乙醇洗涤3~5次，在 100~200℃干燥1~4小时，研磨得到白色粉末GaOOH； 

（3）将上述GaOOH转移至于马弗炉中，在500~1000℃煅烧1~6小时，即得到均一稳定的介孔β-Ga₂O₃纳米棒光催化剂；