[發明專利]一種稀土溴氧化物光催化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010386930.0
• 申請日: 2020-05-09
• 公開（公告）號: CN111468146B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 王榕艷;陳雨;施劍林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B01J27/06
• 分類號: B01J27/06;C01B3/04
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種稀土溴氧化物光催化材料及其制備方法和應用，所述光催化材料為稀土溴氧化物，其中稀土元素為鑭系輕金屬元素，優選為鈰、鐠、釹中的至少一種。

技術領域

本發明涉及一種二維光催化材料及其制備方法和應用，具體涉及一種稀土溴氧化物光催化材料及其制備方法和在光催化產氫、光催化二氧化碳還原等領域中的應用，屬于能源材料技術領域。

背景技術

光解水制氫技術始自1972年，由日本東京大學Fujishima A和Honda K兩位教授首次報告發現TiO₂單晶電極光催化分解水從而產生氫氣這一現象，從而揭示了利用太陽能直接分解水制氫的可能性，開辟了利用太陽能光解水制氫的研究道路。

隨著電極電解水向半導體光催化分解水制氫的多相光催化的演變和TiO₂以外的光催化劑的相繼發現，興起了以光催化方法分解水制氫(簡稱光解水)的研究，并在光催化劑的合成、改性等方面取得較大進展。除TiO₂以外，近年來，光催化劑的研究主要集中在鉭酸鹽、鈮酸鹽、鈦酸鹽、多元硫化物等。溴氧鉍作為新型半導體光催化分解水制氫催化劑，也獲得科研人員廣泛關注。

隨著現代化工業的發展，許多環境問題日益凸顯，亟待解決。其中，大量煤炭、石油和天然氣燃燒放出的溫室氣體引發的溫室效應引起各國的廣泛注意和重視。二氧化碳(CO₂)作為大氣中主要的溫室氣體之一，大量研究工作致力于捕集和吸收CO₂以減緩和改善溫室效應。此外，許多研究工作成功將CO₂轉化成CO或者CH₄等清潔能源進行二次利用，從而實現了碳循環。因此，CO₂吸附作為碳循環的第一步格外重要。

發明內容

本發明中，首次基于稀土對光的吸收、反射等具有獨特的性質，聚焦于開發新型半導體光催化產氫稀土溴氧化物的研究，然后進一步擴展稀土溴氧化物在CO₂吸附領域的應用。

第一方面，本發明提供了一種稀土溴氧化物光催化材料，所述光催化材料為稀土溴氧化物，其中稀土元素為鑭系輕金屬元素，優選為鈰、鐠、釹中的至少一種。

在本發明中，本發明人經過密度泛函理論研究首次發現二維鑭系輕金屬元素的稀土溴氧化物的帶隙為0.70～0.85eV，符合半導體能帶結構理論中對光催化的要求，因此其可作為光催化材料存在。

較佳的，所述稀土溴氧化物具有二維納米帶結構；優選地，所述稀土溴氧化物的長度為50～200nm、寬度為10～35nm、厚度為2～30nm，如圖1和2所示。與單位質量相同的體相稀土溴氧化物相比，二維納米帶結構的稀土溴氧化物，其比表面積大，暴露更多光催化活性位點，光催化性能更好。

較佳的，所述稀土溴氧化物的純度≥80wt％，優選為≥90％。其純度可由XRD和ICP數據聯合檢測，如圖3所示。

第二方面，本發明提供了一種上述稀土溴氧化物光催化材料的制備方法，包括：以稀土氧化物和溴化銨作為原料，以溴化鉀或/和溴化鈉為助溶劑，混合后在保護氣氛中、850～1000℃下固相反應30分鐘～8小時，得到所述稀土溴氧化物光催化材料，此時為體相稀土溴氧化物。

在本發明中，將稀土氧化物、溴化銨、以及助溶劑混合，置于保護氣氛中、850～1000℃下固相反應，使稀土氧化物和溴化銨以及助溶劑充分混合，生成固相的稀土溴氧化物和氣相的氨氣、溴化氫。氨氣與溴化氫在反應條件下揮發。最終得到體相的稀土溴氧化物。

較佳的，將所得稀土溴氧化物光催化材料(體相稀土溴氧化物)分散于溶劑中經過超聲分散，得到具有二維納米帶結構的所述稀土溴氧化物光催化材料。

第三方面，本發明提供了一種上述稀土溴氧化物光催化材料的制備方法，包括：