一种硅/磷灰石型硅酸镧复合物以及制备方法

本发明涉及复合物材料的制备，具体涉及硅/磷灰石型硅酸镧复合物以及制备方法。

背景技术：

1、硅是地球上最丰富的元素之一，也是现代工业发展的基础物质。硅具有合适的带隙和能带结构，拥有一个与标准氢电极相差约为-0.5v的导带和1.12ev的带隙。这将硅归类为一种有潜力的材料，可用于组装光电极。不幸的是，由于si在水或有氧条件下易于形成了一个绝缘的二氧化硅(siox)层而失活。

2、稀土硅酸盐具有高温稳定性、优越的抗氧化性和耐腐蚀性能。将稀土硅酸盐与硅构建复合材料有望调整si的电子结构，确保单质硅在水系中稳定性。其中磷灰石型硅酸镧在光电催化领域的应用中表现出良好的性能和优势，包括较高的离子电导率、较低的活化能、良好的光谱响应范围、较高的化学稳定性和环保友好等。首先，磷灰石型硅酸镧的晶体结构使其具有较高的离子电导率和较低的活化能。此外，磷灰石型硅酸镧的化学稳定性较好，能够在高温和酸性介质中保持稳定性，不易发生腐蚀和失活。其次，磷灰石型硅酸镧的合成条件相对较为温和，可以通过调整合成参数来制备不同形貌和结构的材料，这有助于提高其光电催化性能。同时，磷灰石型硅酸镧的光谱响应范围较广，可以吸收可见光和近红外光，使其在光电催化领域具有广泛的应用前景。因此，构建单质硅与磷灰石型硅酸镧的复合结构，改变电子特性，提高稳定性的同时，暴露活性位点改善催化性能是目前研究的重要方向。

3、金属配位聚合物作为前驱体或模板构筑功能材料因其具有成分可调、形貌可控、多孔及结构可变等特性，而受到研究者的广泛关注。以镧基配位聚合物(lacps)为前驱体和还原剂，在高温下原位还原二氧化硅制备的硅单质锚定在磷灰石型硅酸镧，作为光阳极用于高效光电催化分解水。

4、目前还没有关于原位制备硅/稀土硅酸盐复合物的相关报道。

技术实现思路

1、本发明采用制备工艺简单的溶胶凝胶法得到的sio2微球与镧基配位聚合物充分研磨，将混合粉末直接在惰性气氛下高温煅烧处理，镧基配位聚合物中的碳作为还原剂原位将sio2还原成单质硅，通过一步法得到单质硅/硅酸镧复合物(si/la10(sio4)6o3)。该方法具有操作简便、无需还原气氛、所得的硅在硅酸镧中分散性好等优点。

2、本发明提供一种硅/磷灰石型硅酸镧复合物的制备方法，具体步骤如下：

3、(1)将六水合硝酸镧溶解在去离子水中，记作a液；

4、(2)将均苯三甲酸溶解在去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，记作b液；

5、(3)在磁力搅拌下将溶液a转移到溶液b中后继续搅拌，得到白色沉淀；

6、(4)将步骤3得到的白色沉淀用去离子水和乙醇交替洗涤多次，收集样品，在60℃下真空干燥20～30h，得到白色粉体，即镧基配位聚合物(lacps)；

7、(5)将lacps和sio2微球在研钵中研磨，使其混合均匀；将粉末转移至坩埚中，于管式炉中高温煅烧，即可得到目标产物硅/磷灰石型硅酸镧复合物。

8、进一步地，步骤(1)中，加入六水合硝酸镧的量为1～5mmol，去离子水体积5～10ml。

9、进一步地，步骤(2)中，均苯三甲酸的量为1～5mmol，去离子水的体积为20～50ml，无水乙醇的体积为20～50ml。

10、进一步地，步骤(3)中，搅拌时间是从溶液a加到溶液b中结束之后计时0.5～3h；优选地，搅拌时间为2h。

11、进一步地，步骤(4)中，干燥处理的条件为在60℃的的温度下干燥20～30h。

12、进一步地，步骤(5)中，加入lacps的质量为200～400mg；sio2微球的质量分别为50～150mg；优选地，sio2微球的质量为100mg。

13、进一步地，步骤(5)中，煅烧温度为900～1300℃；优选地，煅烧温度为1000℃或1200℃。

14、进一步地，步骤(5)中，在氮气气氛煅烧时间为1～4h；优选地，煅烧时间为2h。升温速率2～5℃/min。

15、本发明提供一种基于上述步骤制备硅/磷灰石型硅酸镧复合材料的方法。硅/镧基硅酸盐复合物由径约为200nm的不规则微球黏连组成，可应用在光电催化方面。

16、本发明的有益效果：

17、本发明提供的制备工艺是以sio2为硅源和反应物，同时lacps在保护气氛下高温煅烧，配体中的碳作为还原剂将单质硅从sio2中原位还原析出并锚定在硅酸镧表面。该合成方法避免通过镁还原方法存在爆炸的风险，具有绿色环保、操作简便，无需还原气氛等优点。

技术特征：

1.一种硅/磷灰石型硅酸镧复合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述六水合硝酸镧的量为1～5mmol，去离子水的体积为5～10ml。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述均苯三甲酸的用量为1～5mmol，去离子水的体积为20～50ml，无水乙醇的体积为20～50ml。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述搅拌时间为0.5～3h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，干燥处理的条件为在60℃的温度下干燥20～30h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，加入所述lacps的质量为200～400mg，加入所述二氧化硅的质量为50～150mg。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述煅烧条件为在900～1300℃氮气气氛煅烧1～4h，升温速率2～5℃/min。

8.根据权利要求1～7任一所述方法制得的硅/磷灰石型硅酸镧复合物。

9.根据权利要求8所述的硅/镧基硅酸盐复合物，其特征在于，所述硅/镧基硅酸盐复合物由粒径约为200nm的不规则微球黏连组成。

10.根据权利要求8所述的硅/磷灰石型硅酸镧复合物的应用，其特征在于，所述硅/磷灰石型硅酸镧复合物可应用于光电催化方面。

技术总结本发明公开了一种硅/磷灰石型硅酸镧复合物以及制备方法；本发明的制备方法主要是将六水合硝酸镧和均苯三甲酸溶液在室温混合均匀后，继续搅拌得到镧基配位聚合物；再将镧基配位聚合物和二氧化硅研磨混合均匀后，高温煅烧得到硅/磷灰石型硅酸镧复合物。本发明方法所制备的硅/磷灰石型硅酸镧复合物由粒径约为200nm的不规则微球黏连组成。该合成方法避免通过镁还原方法存在爆炸的风险，具有绿色环保、操作简便，无需还原气氛等优点。该硅/磷灰石型硅酸镧复合物可应用于光电催化方面。技术研发人员：张航,陈煜均,钟声亮,张天锦,李苑受保护的技术使用者：江西师范大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5