[發明專利]一種p-n異質結結構的硫化銅復合鉭鈮酸鉀及其制備方法

有效

• 申請號: 202011161098.0
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112354545B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 何益明;戴孝全;陳璐;李曉靜;王軍峰
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C01C1/04;C01C1/02
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 王紅霞

本發明涉及光電材料領域，具體公開了一種p?n異質結結構的硫化銅復合鉭鈮酸鉀及其制備方法。本發明首先通過水熱反應制備鉭鈮酸鉀，再次水熱處理將花瓣狀硫化銅負載鉭鈮酸鉀固溶體上，制備得到本發明具有p?n異質結結構的硫化銅復合鉭鈮酸鉀。本發明的硫化銅復合鉭鈮酸鉀可作為催化劑使用，解決了如何提高KTN的壓電催化和光催化性能，并且能穩定的催化固氮合成氨。

技術領域

本發明涉及光電材料領域，具體涉及一種p-n異質結結構的硫化銅復合鉭鈮酸鉀及其制備方法。

背景技術

氨是一種重要的化工原料，在工農業生產和國防等領域發揮著重要作用。近年來人們開始認識到氨也是一種優異的儲氫燃料，易于液化、儲存和運輸，并具有高能量密度的優點。這些優點使氨成為比氫氣更理想的能量載體。但目前氨的生產主要依賴于Haber-Bosch反應來實現，該技術不僅耗能巨大，且排放大量的溫室氣體CO₂。

光催化技術由于利用了清潔無污染的太陽能，在合成氨，水分解制氫，污染物去除方面顯示了巨大的應用前景，從而受到了科學家的廣泛關注，但光能-化學能的這一轉化模式意味著光催化模式在無光條件下無法實施，這限制了其應用范圍。相對而言，壓電催化是一種將機械能轉化為化學能的方式，即在外部機械力的作用下，壓電材料的表面會因為壓電效應而感應出電荷，可以使染料降解以及將氮氣合成氨。由于機械能如聲音,水流等無處不在，隨時隨地可以獲取，且整個壓電催化過程綠色無污染，這使得壓電催化的研究可作為光催化模式的有效補充。

鉭鈮酸鉀(KTa_0.75Nb_0.25O₃,簡寫為KTN)是一種具有典型鈣鈦礦結構(ABO₃)光催化劑。憑借其無毒無污染，高穩定性的特點，在光催化降解水污染、光催化制氫、光催化CO₂還原和光催化固氮等方面表現出優異的性能。如Chen等通過簡單的兩步水熱法制備了C/KTa_0.75Nb_0.25O₃(KTN)復合光催化劑(Fuel，2018，233：486-496)，顯著提升了光催化制氫效率，此外還利用微波法以KTN和三聚氰胺為原料制備出KTN/g-C₃N₄復合光催化劑，催化制氫性能達到了純相KTN和g-C₃N₄活性的2.5倍(Fuel，2019，241：1-11)。此外，鉭鈮酸鉀還是一種優異的壓電材料(Ferroelectrics,2020,555(1):109-117)，表明該材料具有壓電催化的應用潛力。

但是目前而言，未見相關報道，因此亟需一種將KTN應用于光催化固氮反應，并能保證KTN的壓電催化和光催化性能的方法，進一步提高KTN的壓電催化和光催化性能，并能將N₂催化還原為氨。

本發明首次將KTN應用于光催化固氮反應，實現了超聲震動下將。硫化銅的修飾則。無論是從催化劑的角度還是應用領域，本發明的工作都具有突出的創新性。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提供了一種p-n異質結結構的硫化銅復合鉭鈮酸鉀及其制備方法，利用簡單的水熱法制備KTa_0.75Nb_0.25O₃，并通過二次水熱將CuS負載到KTa_0.75Nb_0.25O₃上形成p-n異質結結構以提高其光催化和壓電催化性能，最終獲得了一種具有優異壓電催化和光催化固氮性能的CuS/KTN復合催化劑。

本發明目的之一在于提供一種組合物，具體技術方案如下：

一種組合物，所述組合物由硫化銅和鉭鈮酸鉀組成，所述硫化銅與鉭鈮酸鉀的摩爾比為1％-15％。

進一步的，所述硫化銅與鉭鈮酸鉀的摩爾比為10％。

進一步的，所述硫化銅與鉭鈮酸鉀的摩爾比為2.5％