[發明專利]兩步法制備Cu2O/TaON復合光催化材料

有效

• 申請號: 201410257837.4
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN103990488A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 陳剛;劉悅;周彥松;王力;郝臨星;曾煒;黃希
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B13/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明屬于功能材料中復合光催化材料領域，具體涉及Cu₂O/TaON復合光催化劑的制備方法。

背景技術

隨著有限的化石燃料與人類劇增的能源需求之間的矛盾加劇以及環境問題的日益突出，使得開發清潔、高效的新能源已經刻不容緩。H₂燃燒值高，無臭無毒，燃燒產物無污染，是可再生能源。H₂可直接作為燃料電池的燃料，為電動車提供動力，解決當前的尾氣污染問題，也可將氫能直接轉化為電能，為用電器供電，是擁有廣闊前景的新能源。而利用太陽能光催化分解水制氫，將能量密度低、分散性強的太陽能轉化為氫能，再通過燃料電池將生成的H₂和O₂進行電化學反應，產生電能，其產物水又可作為太陽能制氫的原料，且對環境不會產生任何污染，可形成良性循環的能源體系。因此，利用太陽能光催化分解水制氫被稱為被稱作“21世紀夢的技術”，受到了廣泛深刻的研究。

經過30多年的研究,到目前為止開發出了多個可見光響應的光催化制氫體系。氧化亞銅材料具有禁帶寬度小、在可見光區吸收系數高、無毒、價廉、穩定、易于復合等優點而受到科學家們的廣泛重視。鉭基類材料因為其吸收邊大，性能穩定等優點也是近年來科學家的研究熱點。

半導體復合是一種提高電荷分離效率、穩定光催化劑并擴展可見光譜響應范圍的有效手段。當不同的半導體緊密接觸時，會形成“結”，在結的兩側由于其能帶等性質的不同會形成空間電勢差。這種空間電勢差的存在有利于電子-空穴的分離，可提高光催化的效率。研究人員發現銅鉭基具有很好的穩定性和光學特性，但并未有其用于光催化方面的報道，且現有報道的制備方法還存在工藝復雜、合成周期長，無法大規模合成的問題。

發明內容

本發明目的是為了解決現有復合光催化材料的合成周期長，分解水制氧性能低的問題，而提供兩步法制備Cu₂O/TaON復合光催化材料。

本發明兩步法制備Cu₂O/TaON復合光催化材料按下列步驟實現：

一、將Ta₂O₅置于研缽中研磨，然后放入管式爐中在氨氣氣氛下高溫燒結，得到TaON固體；

二、將步驟一得到的TaON固體和氯化銅固體置于研缽中研磨，研磨過程中加入1mol/L的氫氧化鈉溶液，研磨20～30min得到混合粉末；

三、將步驟二得到的混合粉末轉移至反應容器中，加入葡萄糖和去離子水，密封反應容器后放入80～100℃的水浴鍋中磁力攪拌20～40min，得到反應液；

四、將反應液離心處理，離心后的固相產物經洗滌、干燥得到Cu₂O/TaON復合光催化材料。

本發明采用兩步法合成了復合光催化材料Cu₂O/TaON，合成工藝周期短，能耗低，可大量制備。得到的復合光催化粉體顆粒無團聚、填充性好、產量大，產物純度可達到100％，同時通過該方法制備得到的Cu₂O/TaON復合光催化材料具有良好的可見光響應，在約530nm處具有較強的吸收，同時該催化劑在可見光下表現出較高的分解水制氧性能，在λ>400nm的光照射下，產氧量達到了2mmol·h^-1·g^-1，并且在循環了12小時后催化劑的活性也沒有明顯的降低，顯示了良好的循環性能。

附圖說明

圖1為實施例一得到的Cu₂O/TaON復合光催化材料的XRD圖譜，其中△代表TaON，◆代表Cu₂O，1—PDF#65-3288，2—Cu₂O/TaON復合光催化材料的XRD圖譜，3—TaON的XRD圖譜，4—PDF#20-1235；

圖2為實施例一得到的Cu₂O/TaON復合光催化材料的SEM圖；