[發明專利]一種可見光響應催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201210199471.0
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN102698784A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 何益明;蔡軍;李婷婷;趙雷洪
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 張宇娟

技術領域

本發明涉及一種可見光響應催化劑及其制備方法。

背景技術

環境污染是當前人類面臨的重大挑戰，它導致了人們生活的飲用水源，工業水源質量不斷下降，大氣污染不斷加劇，造成生態環境的不斷破壞，嚴重影響著人們的健康和生活質量。因此，如何經濟有效地凈化環境污染是我們必須應對與解決的重大科學挑戰。與傳統的物理吸附，化學催化等方法相比，光催化技術具有成本低，無二次污染，應用范圍廣的優點，是21世紀最具開發前途的綠色環境治理技術。

自1972年Fujishima和Honda發現TiO₂電極在光照下能分解水這一現象從而揭開光催化研究序幕以來，已有眾多的催化劑被報道。納米TiO₂是其中最具有應用潛力的光催化劑之一，它具有良好的化學穩定性、抗磨損性、耐光腐蝕、低成本和無毒等優點，因而被廣泛地用于光解水、降解有機物、殺菌和敏化太陽能電池的制備等。但是由于二氧化鈦的禁帶（3.2ev）過寬，光吸收范圍僅限于紫外光區，對太陽能的利用率過低（約4％），限制了它的大規模應用。因此，為了有效的利用太陽能，同時滿足室內無紫外線環境光催化凈化的需求，尋找可見光響應的光催化劑勢在必行。

目前開發新型可見光響應催化劑的方法主要有兩條途徑，對TiO₂進行修飾使其具有可見光響應能力（如摻雜金屬陽離子或非金屬陰離子，染料敏化等）和直接開發具有可見光響應能力的新型光催化劑。從目前的研究成果看，TiO₂改性催化劑在太陽光照射下降解有機物的活性并不是很高，穩定性方面也存在一些問題。因此，人們紛紛將注意力集中到后一種開發途徑上，一大批新型的可見光催化劑被報道，如鄒志剛等開發的Ag₂ZO₄型（Z代表Cr、Mo、W、Mn等）復合氧化物（CN1799691A）和AgTO₂型（T代表Al、Ga、In、Cr、Fe、Co、Ni）復合氧化物（CN1799690A），CN1905940A公開的BaBi_xO_y（0.5<x<2,2<y<4）復合氧化物等。由于V的3d軌道電子能被可見光激發，因而釩酸鹽也是一類具有可見光響應性質的半導體材料，不僅可用作光敏化半導體修飾其他寬帶隙半導體，本身也具有較好的光催化性能，近來受到了較多研究者的關注。石墨型氮化碳（g-C₃N₄）則是2009年新發現的一類聚合物型光催化材料，由于其性價比高，同時也具有較高的熱穩定性和化學穩定性，迅速得到了研究者的重視。但受限于研究時間較短，相關的研究報道較少。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備方法簡單、成本低廉的非氧化鈦高活性光催化劑及制備方法。

為實施該發明目的，采用的技術方案為：

一種可見光響應催化劑，其特征在于：該催化劑為釩酸鏑復合石墨相氮化碳，化學組成通式為xDyVO₄/g-C₃N₄，x為釩酸鏑在催化劑中的質量分數，石墨相氮化碳（g-C₃N₄）的質量分數為1-x，0.1≤x≤0.4。

較佳的是x為0.15。

g-C₃N₄即石墨相氮化碳(graphitic?carbon?nitride)。

該催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）硝酸鏑的制備：

在攪拌的情況下，按釩鏑化學計量比（n_V/n_Dy＝1:1？）將偏釩酸銨與硝酸鏑分別溶于去離子水中，再將這兩種溶液混合，生成黃色沉淀物后往該溶液中滴加30%的氨水調節其pH值等于7，沉淀物經攪拌陳化后過濾，清洗，所得固體烘干后在500°C溫度下焙燒2小時，冷卻后即得DyVO₄。

（2）石墨相氮化碳的制備：

將三聚氰胺放于馬弗爐中520°C焙燒4小時，冷卻后即得黃色的g-C₃N₄.

（3）釩酸鏑復合石墨相氮化碳催化劑的制備：

按DyVO₄/g-C₃N₄質量比，將釩酸鏑與石墨相氮化碳粉體混合研磨10min,最后于300-600°C下焙燒2小時即得該催化劑成品。