[發明專利]一種ZnO-BaTaO2N復合光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201310644490.4
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103611556A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 劉玉民;呂華;閆長領;丁志偉;李爽;李紫金;湯海波
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司 41107
• 代理人: 路寬

技術領域

本發明屬于無機環保光催化材料技術領域，具體涉及一種ZnO-BaTaO₂N復合光催化劑及其制備方法。

背景技術

由于量子尺寸效應、體積效應、宏觀量子隧道效應等，納米氧化鋅材料在力、光、電、磁、敏感性等許多領域有重要的應用價值，特別是在半導體光敏理論方面作為高效光催化劑這一具有挑戰性領域，近年來得到了人們廣泛的重視和研究。半導體材料可通過光照實現光能到化學能的轉化，因此在降解水中的有機物、無機物脫毒，脫除氮氧化合物凈化空氣等方面，半導體光催化技術都取得了巨大的經濟、環保和社會效益，并且越來越被人們所重視。

但ZnO禁帶寬度為3.2?eV，只有在波長小于387?nm的紫外線下才能激發其催化活性。在到達地面的太陽能中，這一波段的能量尚不足5%，而可見光部分的比例卻占到太陽能的45%左右。此外，ZnO光催化劑在光催化過程中光生電子和空穴容易復合，催化效率低。因此，如何拓寬ZnO光催化劑光譜響應范圍、提高其光量子效率成為光催化科研究的重點和難點。

BaTaO₂N是一種過渡金屬氧氮化物，由于二價氧元素部分被電負性較小的三價氮元素取代，金屬陽離子或多或少被還原，晶體結構發生變化，BaTaO₂N因而表現出新的光、電、磁,?力學性能。研究表明，BaTaO₂N的禁帶寬度為2.0?eV，能吸收波長小于620?nm的可見光，是一種具有可見光響應能力的光催化材料。為了拓寬ZnO的光譜響范圍，將其與具有理想帶隙的BaTaO₂N相復合，利用兩種半導體之間的能級差能使光生截流子由一種半導體微粒的能級注入到另一種半導體的能級上，使電荷有效分離，是提高ZnO太陽能利用率和光量子效率的有效途徑。ZnO光催化劑的導帶電勢E_CB=-0.31?eV，價帶電勢E_VB=2.89?eV，而BaTaO₂N光催化劑的導帶電勢E_CB=-0.44?eV，價帶電勢E_VB=1.56?eV。在ZnO/CaTaO₂N復合半導體中，BaTaO₂N的導帶電勢更負，光生電子容易從能級低的BaTaO₂N導帶遷移到能級高的ZnO導帶上，同時，ZnO的價帶電勢更正，光生空穴容易從能級高的ZnO價帶遷移到能級低的BaTaO₂N價帶上，從而提高光生電荷的分離效率，擴展了ZnO的光譜響應范圍。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種太陽能利用率高、光催化活性好的ZnO-BaTaO₂N復合光催化劑。

本發明解決的另一個技術問題是提供了一種操作簡單且易于控制的ZnO-BaTaO₂N復合光催化劑的制備方法。

本發明的技術方案為：一種ZnO-BaTaO₂N復合光催化劑，其特征在于是由ZnO與BaTaO₂N粉體復合而形成的ZnO-BaTaO₂N復合光催化劑，其中ZnO與BaTaO₂N的摩爾比為5-15:1。

本發明所述的ZnO-BaTaO₂N復合光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：（1）將五氧化二鉭、碳酸鋇和丙酮按摩爾比1:2:15的比例加入到瑪瑙研缽中研磨均勻，然后將樣品均勻平鋪在剛玉舟上，裝入管式氣氛爐中，在氨氣氣氛下950℃煅燒20小時得BaTaO₂N粉體；（2）配制氯化鋅溶液，在攪拌的條件下向氯化鋅溶液中加入檸檬酸溶液形成透明混合溶液A，混合溶液A中檸檬酸與氯化鋅的摩爾比為1.5:1；（3）在攪拌條件下將步驟（1）所得BaTaO₂N粉體加入到混合溶液A得混合溶液B，混合溶液B中氯化鋅與BaTaO₂N粉體的摩爾比為5-15:1，然后將混合溶液B在60℃的水浴中保持24小時得濕凝膠，濕凝膠經110℃干燥得干凝膠；（4）將步驟（3）所得干凝膠轉移到馬弗爐中在400-500℃保持2小時后得到具有高催化活性的ZnO-BaTaO₂N復合光催化劑。