[發明專利]一種光觸媒材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811043732.3
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109331854A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 徐曉翔;孫小琴
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/72;C01B3/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

本發明涉及光觸媒材料及其制備方法，該材料包括以下質量百分比的原料：鈣鈦礦氮氧化物1％～10％；助催化劑1％～9％；去離子水為余量。與現有技術相比，本發明所采用的鈣鈦礦氮氧化物具有多空微觀形貌，有利于光催化反應的進行和物質的傳輸。與大部分鉭基氮氧化物相比，該材料具有較少的低價鉭缺陷，減少了光催化反應過程中電子與空穴的復合。該材料光吸收范圍達到了600納米。模擬太陽光條件安下，該材料可實現高效的光催化分解水及室內甲醛降解。

技術領域

本發明涉及新能源和環保技術領域，具體涉及一種光觸媒材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會的發展，人們對于能源的需求逐漸增加，化石燃料在能源消費中一直居于主導地位，地球上化石燃料儲存量有限，按照目前的消耗速率，一百年之后化石能源將消耗殆盡。其次化石燃料燃燒伴隨有害氣體釋放不僅會污染環境而且會危害人體健康。因此發展新型可再生的清潔能源迫在眉睫。太陽能作為一種持續的，分布廣泛的清潔能源，存在嚴重的問題，比如分散性強，能量密度低，受到氣候，經緯度影響較大，這大大限制了人類對其利用。模擬自然界中的光合作用將太陽能轉換成穩定的化學能可以實現對于太陽能的收集和儲存。其中，太陽能驅動催化分解水和降解有機污染物是實現太陽能轉化成穩定化學的有效途徑。目前光催化面臨的最大的挑戰是半導體光催化材料對于太陽能的轉換效率較低，這是限制了光催化產業化的主要原因。

限制太陽能轉換效率主要原因有兩點：一是大部分光觸媒材料的帶隙帶寬較大，只能利用太陽光譜中比例較少的紫外光。其次光催化的轉換效率主要是受表面光催化反應的速率決定的。比如在水分解的半反應中，水被氧化成氧氣的過程中需要消除四個電子形成一個O-O健，無論從動力學還是熱力學角度都是比較困難的。這是光催化過程中的主要限速步驟。因此，選擇合適的光觸媒材料對于提高太陽能轉換效率至關重要。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種光催化轉化效率高的光觸媒材料及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種光觸媒材料，該材料包括以下質量百分比的原料：

鈣鈦礦氮氧化物 1％～10％；

助催化劑 1％～9％；

去離子水 余量。

鈣鈦礦氮氧化物(Sr₄Ta₂O_9-xN_x)作為光觸媒材料吸收太陽光產生電子和空穴，隨后電子和空穴向材料的表面遷移，在材料表面發生氧化還原反應。光觸媒表面的助催化劑可以增加材料表面活性位點從而富集電子或者空穴，使得表面反應效率提高，并且可以提高光觸媒的穩定性抑制材料的自腐蝕。

所述的鈣鈦礦氮氧化物的分子式為Sr₄Ta₂O_9-xN_x，其中0＜x＜3。貴金屬及其氧化物做助催化劑在分解水的過程中具有較大的功函數并且可以降低反應所需的過電勢，從而增強光催化反應的效率。

所述的助催化劑包括氧化銠、氧化鈷、氧化釕或鉑中的一種或幾種，所述氧化銠、氧化鈷、氧化釕或鉑的質量比為1～3:0～2:0～2:0～2。納米鉑做助催化劑主要是增加產氫活性位點，電子在助催化劑表面富集，從而增強光催化水還原產氫過程；氧化銠、氧化鈷、氧化釕主要是增加產氧活性位點，可以有效的收集空穴，從而減少空穴對于材料表面的自腐蝕，增強空穴氧化水的能力。

所述的氧化銠、氧化鈷、氧化釕、鉑的粒徑為納米級。

一種如上所述光觸媒材料的制備方法，包括以下步驟：