[發明專利]CLSTON型可見光全解水催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201510052610.0
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN104888824B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 張杰;許家勝
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/04;C01B13/02
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司21107
• 代理人: 郭元藝

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料的制備技術領域，具體地說是涉及一種CLSTON型可見光全解水催化劑的制備方法。

背景技術

光催化全解水(photocatalytic?overall?water?splitting)是光催化領域中的熱點研究課題。通常采用溶于溶液中的納米結構光催化劑顆粒，在溶液中通過與這些顆粒的接觸，發生一系列的化學催化反應，最終完全分解水生成氫和氧。此方法區別于采用分立的涂敷催化劑的電極來制氫和氧的常用方法。光催化全解水的最主要優點在于其使用的光催化材料比光電化學(PEC)電池所要求的材料更便宜。因此，廣泛、規模使用時更可以承受得起，工業化前景更樂觀。

光催化全解水關鍵的挑戰之一是大部分光催化材料只有在用紫外光活化下才有活性，而對可見光則沒有活性。自從日本東京大學堂免一成(Kazunari?Domen)教授在Nature上報道了氮化鎵(GaN)和氧化鋅(ZnO)固溶體具有很高的可見光全解水光催化活性，人們對氮氧化物固溶體材料的光催化活性的研究越來越感興趣（Maeda,?K.;?Teramura,?K.;?Lu,?D.?L.;?Takata,?T.;?Saito,?N.;?Inoue,?Y.;?Domen,?K.,?Photocatalyst?releasing?hydrogen?from?water?-?Enhancing?catalytic?performance?holds?promise?for?hydrogen?production?by?water?splitting?in?sunlight.?Nature?2006,?440?(7082),?295-295）。鈣鈦礦結構的過渡金屬氮氧化物（比如基于鈮和鉭的半導體材料）作為一種新型高效可見光的光催化劑也越來越得到人們的重視。由于氮原子參與能帶結構的形成，使得禁帶寬度變窄，可以作為可見光響應的半導體光催化劑（Kudo,?A.;?Miseki,?Y.,?Heterogeneous?photocatalyst?materials?for?water?splitting.?Chem?Soc?Rev,?2009,38?(1):?253-278）。

發明內容

本發明旨在提供一種可見光全解水催化材料的制備方法，以解決目前可見光全光解水效率低、利用太陽能不充分的問題。本發明通過利用燃燒輔助劑，實現了低溫固相煅燒制取CLSTON粉體的工藝過程。通過多組對比試驗，發現了助催化劑和氮氣抑制劑在全解水反應中起著重要作用。本發明制備方法同樣可以應用于和CLSTON相似的光解水催化材料的化學合成研究，且具有廣闊的應用前景。

為達到上述目的，本發明是這樣實現的。

一種CLSTON型可見光全解水催化劑的制備方法，系將可溶性鈣鹽、可溶性鑭鹽、可溶性鈧鹽、可溶性鉭鹽及燃燒輔助劑在甲醇水混合溶液中充分溶解后，直接在馬弗爐中程序升溫發生燃燒反應，并在高溫階段保持一定時間，自然冷卻后形成前驅物，然后將所述前驅物進行氮化高溫處理后，得到Ca_1/2La_1/2Sc_1/2Ta_1/2O_5/2N_1/2鈣鈦礦型（ABX₃）氮氧化物固溶體，可以認為是50%的CaTaO₂N和50%的LaScO₃所形成的固溶體材料，縮寫為CLSTON。以Ca_1/2La_1/2Sc_1/2Ta_1/2O_5/2N_1/2主催化劑，光照攪拌后，先負載助催化劑，再包覆氮氣抑制劑，即制成目的產物。

作為一種優選方案，本發明將可溶性鈣鹽、可溶性鑭鹽、可溶性鈧鹽、可溶性鉭鹽及燃燒輔助劑的摩爾比為1：1：1：1：20～100。

進一步地，本發明所述可溶性鈣鹽為氯化鈣或硝酸鈣中的一種或其混合物；所述可溶性鑭鹽為氯化鑭或硝酸鑭中的一種或其混合物；所述可溶性鈧鹽為氯化鈧或硝酸鈧中的一種或其混合物。

進一步地，本發明所述可溶性鉭鹽為五氯化鉭或五乙氧基鉭中的一種或其混合物。

進一步地，本發明所述燃燒輔助劑為尿素或檸檬酸中的一種或其混合物。