[發(fā)明專利]一種TiO2-SrTaO2N復(fù)合光催化劑及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310644492.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN103599808A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉玉民;呂華;丁志偉;李爽;李紫金;湯海波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原專利有限責(zé)任公司 41107
• 代理人: 路寬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種TiO₂-SrTaO₂N復(fù)合光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，環(huán)境污染成為人們最關(guān)心的一大問題，發(fā)展新型實(shí)用的環(huán)保技術(shù)是當(dāng)代廣大科技工作者一直致力于研究的熱門課題。對(duì)環(huán)境中污染物的去除，傳統(tǒng)上采用催化燃燒、化學(xué)氧化、生物降解等方法；但上述方法都有一定的局限性，如設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用高，有二次污染，污染物去除不完全等，使這些方法難以滿足凈化處理在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的要求。

近幾十年來人們研究發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體光催化技術(shù)在去除污染物方面具有能耗低、氧化能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件溫和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，為環(huán)境污染物的治理開辟了新途徑。目前，在多相光催化反應(yīng)所應(yīng)用的半導(dǎo)體催化劑中，TiO₂以其無毒、催化活性高、穩(wěn)定性好以及抗氧化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。然而，TiO₂禁帶寬度為3.2?eV，只有在波長(zhǎng)小于387?nm的紫外線下才能激發(fā)其催化活性，在到達(dá)地面的太陽能中，這一波段的能量尚不足5%，嚴(yán)重地影響了其應(yīng)用。此外，TiO₂光催化劑在光催化過程中光生電子和空穴容易復(fù)合，催化效率低。如果將其制成納米材料，由于量子尺寸等效應(yīng)其光催化活性的確有所提高，但對(duì)光的吸收卻發(fā)生了藍(lán)移，即對(duì)光能尤其太陽能的利用率進(jìn)一步降低。因此，如何拓寬TiO₂光催化劑光譜響應(yīng)范圍、提高其光量子效率成為光催化科學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

SrTaO₂N是一種過渡金屬氧氮化物，由于二價(jià)氧元素部分被電負(fù)性較小的三價(jià)氮元素取代，金屬陽離子或多或少被還原，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，SrTaO₂N因而表現(xiàn)出新的光、電、磁,?力學(xué)性能。研究表明，SrTaO₂N的禁帶寬度為2.2?eV，能吸收波長(zhǎng)小于563?nm的可見光，是一種具有可見光響應(yīng)能力的光催化材料。為了拓寬TiO₂的光譜響范圍，將其與具有理想帶隙的SrTaO₂N相復(fù)合，利用兩種半導(dǎo)體之間的能級(jí)差能使光生截流子由一種半導(dǎo)體微粒的能級(jí)注入到另一種半導(dǎo)體的能級(jí)上，使電荷有效分離，是提高TiO₂太陽能利用率和光量子效率的有效途徑。TiO₂光催化劑的導(dǎo)帶電勢(shì)E_CB=-0.29?eV，價(jià)帶電勢(shì)E_VB=2.91?eV，而SrTaO₂N光催化劑的導(dǎo)帶電勢(shì)E_CB=-0.71?eV，價(jià)帶電勢(shì)E_VB=1.49?eV。在TiO₂/SrTaO₂N復(fù)合半導(dǎo)體中，SrTaO₂N的導(dǎo)帶電勢(shì)更負(fù)，光生電子容易從能級(jí)低的SrTaO₂N導(dǎo)帶遷移到能級(jí)高的TiO₂導(dǎo)帶上，同時(shí)，TiO₂的價(jià)帶電勢(shì)更正，光生空穴容易從能級(jí)高的TiO₂價(jià)帶遷移到能級(jí)低的SrTaO₂N價(jià)帶上，從而提高光生電荷的分離率，擴(kuò)展了TiO₂的光譜響應(yīng)范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種太陽能利用率高，光催化活性好的TiO₂-SrTaO₂N復(fù)合光催化劑。

本發(fā)明解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供了一種操作簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)的TiO₂-SrTaO₂N復(fù)合光催化劑的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種TiO₂-SrTaO₂N復(fù)合光催化劑，其特征在于是由TiO₂與SrTaO₂N粉體復(fù)合而形成的TiO₂-SrTaO₂N復(fù)合光催化劑，其中TiO₂與SrTaO₂N的摩爾比為5-15:1。