[發明專利]一種鈮酸鋰型氧化物/凹凸棒石非線性光學復合光催化材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201811514532.1
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109589963B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 李霞章;何承溧;蘇歡;左士祥;姚超;劉文杰
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J23/20
• 分類號: B01J23/20;C01C1/04
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 謝新萍

本發明屬于化工新材料領域，特別涉及一種鈮酸鋰型氧化物/凹凸棒石(ATP)非線性光學復合光催化材料及其制備方法與應用。采用溶膠凝膠法在凹凸棒石表面原位生長粒徑均勻的LiNbO₃納米粒子，經過高溫煅燒，使ATP中富含的鎂元素(Mg²⁺)摻雜進LiNbO₃晶格。一方面，引入雜質能級降低帶寬，使其能夠在可見光波段激發，擴大光響應范圍，提高太陽光的利用率；另一方面，ATP作為催化劑載體，起到了良好的分散作用，增大太陽光的接觸面，此外，ATP本身具有較大的比表面積和獨特的孔道結構，發揮了獨特的吸附性能，在光催化固氮過程中會吸附部分氮氣，與LiNbO₃協同從而提高光催化固氮效率。

技術領域

本發明屬于化工新材料領域，特別涉及一種鈮酸鋰型氧化物/凹凸棒石非線性光學復合光催化材料及其制備方法與應用。

背景技術

自然界中的固氮方法主要通過閃電和微生物固氮，然而自然界中固定的氮遠遠滿足不了工、農業生產的需求。目前工業上廣泛應用的人工固氮方法是Haber-Bosch法工業固氮產氨，但是設備要求高，能耗大，污染嚴重。因此開發和發展綠色清潔，低能耗的人工固氮工藝具有重要的社會意義。隨著多相光催化技術的不斷發展，光催化固氮產氨技術受到了研究者廣泛的關注。

近年來，非線性光學材料在光催化領域得到了應用。非線性光學材料具有通過自由電子和空穴或離子以及吸附在表面上的分子自發極化的獨特性質。內部偶極場產生帶電表面，然后觸發光生電荷載流子向相反方向移動。這可以減輕電子-空穴復合的問題，與常規半導體相比，它改善了光催化活性和穩定性。鈮酸鋰(LiNbO₃)作為一種特定的非線性光學材料光催化劑，Kenji Saito等人(Dalton Trans.,2011,40)證明LiNbO₃能夠通過非線性光學特性和負導帶值裂解水以產生氫。哈爾濱工業大學Guoshuai Liu等(Environ.Sci.Technol.,2016,50)發現LiNbO₃可用于光催化反硝化去除硝酸鹽。

凹凸棒石(ATP)作為一種天然的粘土材料，其中含有豐富的鎂元素(Mg²⁺)，具有較大的比表面積、優越的吸附性能和獨特的空隙結構可以作為催化劑的載體。其內部含有氧化鐵，使得凹凸棒也具有一定程度的光響應性質。

發明內容

從熱力學角度來看，如果光催化劑具有適當的費米能級和導帶值足夠負(小于-0.092eV)，非線性光學材料光催化劑LiNbO₃在太陽光照射下將直接進行光催化固氮反應。能量越高的光照射，LiNbO₃作為非線性光學材料其二次諧波產生效應使被激發的電子–空穴越不易復合。然而由于其帶隙較寬，僅可對紫外光響應，而紫外光只占太陽光的5％，所以對太陽光的利用率非常低下。

為了充分利用太陽光能量中占多數的可見光，解決太陽光的利用率低的問題，本發明提供了一種鈮酸鋰型氧化物/凹凸棒石非線性光學復合光催化材料，通過使LiNbO₃晶體在凹凸棒石(ATP)上原位生長，經過高溫煅燒，使ATP中富含的鎂元素(Mg²⁺)摻雜進LiNbO₃晶格，引入雜質能級降低帶寬，使其能夠在可見光波段激發，擴大光響應范圍。

本發明通過在凹凸棒石表面原位生長粒徑均勻的LiNbO₃納米粒子，經過高溫煅燒，使ATP中富含的鎂元素(Mg²⁺)摻雜進LiNbO₃晶格，引入雜質能級降低帶寬，使其能夠在可見光波段激發，擴大光響應范圍，提高太陽光的利用率，從而大大提高了鈮酸鋰型氧化物/凹凸棒非線性光學復合光催化材料光催化的效果。