[發明專利]一種可見光響應型光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201210398849.X
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102872885A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 高琛;丁建軍;鮑駿;孫松
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J37/10;C02F1/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵;李玉秋

技術領域

本發明涉及光催化劑領域，特別涉及可見光響應型光催化劑及其制備方法。

背景技術

自從1972年Fujishima和Honda在n-型半導體TiO₂單晶電極上發現了水的光解現象以來，光催化反應在環境治理和能源開發方面得到了普遍的關注。它可以將低密度的太陽能轉化為高密度的化學能、電能，同時可以直接利用低密度的太陽能分解水制氫，降解和礦化水和空氣中的各種有機污染物，甚至還原重金屬離子。該技術具有在室溫下反應、可直接利用太陽能、無二次污染等優點，對于從根本上解決環境污染和能源短缺問題具有不可估量的意義。

在眾多的半導體光催化劑中，TiO₂以其化學穩定性好、光催化活性較高、無毒、成本低等優點而備受人們的青睞，是目前使用最廣泛的光催化材料。但是TiO₂的能帶結構決定了光催化技術在推廣過程中存在著局限性。TiO₂的帶隙較寬(如銳鈦礦結構3.2eV)，光譜響應范圍較窄，只能利用太陽能中不到5%的紫外光，而不能吸收太陽能中占43%的可見光。因此為了有效地利用太陽能，同時滿足室內無紫外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。

硫化物可以看作是晶格中的氧原子被硫原子取代的結果。根據半導體能帶理論，半導體材料的導帶能級主要取決于金屬的d或者s軌道能級，而價帶能級主要與非金屬的p軌道能級有關。由于S的3p軌道能級比O的2p軌道能級高，因此硫化物比相應的氧化物具有更窄的禁帶寬度。在硫化物光催化中，最有代表性的是CdS，其禁帶寬度為2.2eV，在可見光下具有很高的光催化活性。但由于CdS在光照過程中容易發生光腐蝕，因而表現得不穩定，隨光照時間的延長，催化活性逐漸降低。因此尋找在可見光區有強吸收同時結構穩定的硫化物成為人們研究新型光催化劑的一個重要方向。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種可見光響應型光催化劑，其結構及催化活性穩定性高，能夠高效利用可見光。

本發明提供了一種可見光響應型光催化劑，其化學式為CaIn₂S₄。

優選的，所述光催化劑為納米級粉體。

本發明提供了一種可見光響應型光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（A）將可溶性鈣鹽、可溶性銦鹽、硫代乙酰胺和去離子水充分混合，得到混合溶液；

（B）將步驟（A）所述混合溶液在加熱的條件下進行水熱反應，過濾干燥后，得到粉體；

（C）在隔絕氧氣條件下，將步驟（B）所述粉體進行加熱處理，保溫后，得到可見光響應型光催化劑。

優選的，所述步驟（A）中，所述可溶性鈣鹽和可溶性銦鹽的摩爾比為1:2。

優選的，所述步驟（A）中，所述可溶性銦鹽與硫代乙酰胺的摩爾比為1:4。

優選的，所述步驟（A）中，所述可溶性鈣鹽為硝酸鈣。

優選的，所述步驟（A）中，所述可溶性銦鹽為硝酸銦。

優選的，所述步驟（B）中，所述加熱溫度為140~200℃，所述反應時間為1~48h。

優選的，所述步驟（C）中，所述加熱處理具體為：

將步驟（B）所述的粉體以2~5℃/分鐘的速度升溫至400~800℃。

優選的，所述步驟（C）中，所述保溫時間為1~24h。

與現有技術相比，本發明將可溶性鈣鹽、可溶性銦鹽和硫代乙酰胺與去離子水混合，進行水熱反應，過濾干燥后得到粉體；將粉體進行加熱處理和保溫，得到一種化學式為CaIn₂S₄的可見光響應型光催化劑。實驗結果表明，本發明制備的可見光響應型光催化劑在可見光波段具有強吸光能力，可以充分吸收400~600nm的可見光，吸收帶一直延伸到700nm之外，并且在可見光條件下可有效降解有機染料。其結構及催化穩定性高，隨光照時間的延長，其結構沒有變化而且催化活性依然能夠保持較高水平，持續光照500分鐘，其對亞甲基藍的降解效率達依然可以達到90%以上。另外，由于本發明采用了水熱反應的方法，原料可以達到分子水平的均勻混合，合成溫度低，雜質含量低，不需要長時間研磨，制備工藝簡單，時間短，費用低。

附圖說明

圖1為實施例1制備的可見光響應型光催化劑的在催化反應前后的X射線衍射圖譜；

圖2為實施例2制備的可見光響應型光催化劑在可見光下降解亞甲基藍的活性效果圖；