新材料及其应用

本发明公开了一种铈锰金属离子改性的铝酸盐光催化剂的制备方法，以铝酸盐为原材料，以铈盐和锰盐为改性金属离子，以有机酸为螯合剂络合铈或锰离子，加入适量丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺发生聚合反应并最终形成凝胶。经干燥、烧结、冷却等过程，并改变聚合条件、铈锰离子比例、丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺比例、烧结温度、合成顺序等，采用两步聚合的方式制备出光催化活性可控的核壳结构的铈锰金属离子改性的铝酸盐光催化剂，本方法成本低，设备简单，易批量生产，攻克了传统铝酸盐作为光催化剂时容易发生水解的缺点。

尖晶石型MAl2O4基铝酸盐是一类非常重要的半导体光催化剂，因其具有独特的晶体结构和能带结构，在光催化领域尤其是降解各种有机污染物方面表现出极高的光催化活性。MAl2O4原料丰富、环境友好、化学稳定性好、价格低廉、易于制备，是光催化技术工业化应用的重要候选光催化材料。然而，MAl2O4光催化剂的带隙较宽，约为***左右，只能吸收波长小于320nm的紫外光，因此，太阳光的利用率较低。

目前，获得高效半导体光催化剂的途径主要有三个：

(1)提高光生电子‑空穴对的分离，增加光子的利用率；

(2)拓展光谱响应范围，充分利用太阳光；

(3)提高光催化剂表面活性。

因此，可考虑上述方式来增强MAl2O4的光催化活性。

综合考虑上述三种途径，采用复合Ce、Mn离子的方式增强MAl2O4电荷的迁移和分离效率。辐照辅助聚丙烯酰胺凝胶法可合成MAl2O4:Ce:Mn光催化剂[Wang,et *** of Electronic Materials,2019,48(10):6675‑6685]，该方法成功地合成了该光催化剂，也提高了MAl2O4的光催化活性。但是MAl2O4作为光催化剂时易水解，而通过该方法制备的MAl2O4:Ce:Mn光催化剂中的MAl2O4以复合物的形式存在，并未解决易水解的难题。因此，改进合成方法去合成多层包覆结构的MAl2O4:Ce:Mn光催化剂是一大挑战。

本发明的有益效果：

1、本发明以铝酸盐为核，铈盐、锰盐为外层包覆材料，合成了多层包覆结构的MAl2O4:Ce:Mn光催化剂，有效地解决了铝酸盐作为光催化剂时易水解的难题。

2、本发明原材料选择范围广，聚合方式可根据实验室自身条件选择，实现了资源的节约化使用。通过调节实验参数可实现粉末样品的形貌和光催化活性的控制合成，可实现规模化生产、重复性好，可用于降解甲基蓝、甲基橙、罗丹明B、甲基红、酸性品红等有机污染染料。