[發明專利]一種鐿鉺摻雜的鈦白粉/凹凸棒石納米復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911360918.6
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111013565B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 李霞章;張海光;戴達;左士祥;劉文杰;姚超;嚴向玉
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J37/10;B01J37/34;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: 王美華

本發明公開了一種鐿鉺摻雜的鈦白粉/凹凸棒石納米復合材料的制備方法及其應用，將Yb(NO₃)₃·5H₂O、Er(NO₃)₃·6H₂O加入到鈦白粉懸浮液中攪拌充分，再加入凹凸棒石，然后轉移到聚四氟乙烯高壓釜中恒溫反應，反應結束后洗滌烘干得到白色前驅物，最后在馬弗爐中煅燒，研磨，得到鐿鉺摻雜的鈦白粉/凹凸棒石納米復合材料，應用于光催化合成氨。本發明通過鐿鉺元素摻雜可使鈦白粉/凹凸棒石材料發生上轉換，從而提高了材料對太陽光的利用率。并且制備方法簡單，采用工業級鈦白粉作為鈦源，成本低廉，不需要復雜昂貴的設備、合成條件溫和，有利于大規模推廣。

技術領域

本發明屬于新型材料制備和光催化固氮的技術領域，具體涉及鐿(Yb)、鉺(Er)元素摻雜鈦白粉/凹凸棒石復合材料的制備和應用。

技術背景

氨是重要的基礎化工產品之一,其產量在化工產品中位居前列，但同時氨的合成也會消耗大量的能源。雖然針對傳統合成氨裝置開發出了許多增產與節能技術，但由于傳統合成氨方法的局限性，反應過程中仍需消耗大量的化石燃料，會對大氣環境造成一定的污染。因此，找到一種能在低溫條件下反應的工藝或者催化劑，對于合成氨反應具有非常重要的意義。

近年來，利用太陽能實現光固氮合成氨受到了廣泛的關注。TiO₂是一種常見的光催化劑，由于其催化活性高、化學性能穩定且低毒低耗而被廣泛使用。有報道TiO₂基光催化材料具備一定的固氮效果，但是由于其帶隙較寬，只能對紫外光進行響應，太陽光利用率小于10％，因此如何拓展TiO₂的光響應范圍成為提高其光催化效率的關鍵。

稀土元素由于其獨特的上轉換發光效應得到了廣泛的關注，上轉換發光可將低能量的光轉化為高能量的光，本發明將稀土元素如鐿、鉺等摻雜進TiO₂可以有效地實現上轉換發光過程，可將其光響應范圍拓展至近紅外光區，從而提高其光催化效率。此外，由于顆粒TiO₂納米化后團聚明顯，而天然一維納米粘土礦物凹凸棒石(ATP)由于具有價廉，多孔，穩定性好等眾多優點，可以對納米TiO₂顆粒實現良好固載從而降低顆粒團聚現象。本發明所涉及的鐿鉺摻雜的鈦白粉/凹凸棒石納米復合材料將會擁有相當廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種原料易得，成本低廉，太陽能利用率高的光固氮催化劑材料的制備和應用。其制備方法簡單，不需要復雜昂貴的設備、合成條件溫和，有利于大規模推廣。

本發明提供的鐿鉺摻雜鈦白粉/凹凸棒石上轉換復合光催化材料，其組成通式為：TiYb_0.2Er_XO₂/ATP，其中，Yb/Ti＝0.2，Er/Ti＝x，x的范圍為0.01～0.04，TiYb_0.2Er_XO₂占ATP質量的20％，此外，未摻雜鐿鉺的樣品表示為TiO₂/ATP。

本發明限定Yb/Ti＝0.2，即Yb在TiO₂中的摻雜量為20％(摩爾)，這是優選結果，Yb作為敏化劑，當Yb的摻雜量為20％時，其上轉換發光強度最高，如果低于或高于這個值其發光強度都會有所降低，其次Er作為激活劑，由于其具有多種激發態，容易發生濃度猝滅等現象從而影響其上轉換發光的強度，所以Er的摻雜量不能太高，作為優選，限定其比例定在0.01-0.04。

本發明還提供了一種微波水熱的合成方法，具體步驟如下：