[發明專利]一種羥基和氮摻雜的氟化鈰可見光光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202110765358.3
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113477264B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 王智宇;韓冰;錢國棟;樊先平
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J27/12
• 分類號: B01J27/12;B01J27/24;B01J35/00;B01J37/10;C01B13/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種羥基和氮摻雜的氟化鈰可見光光催化劑及其制備方法，制備方法包括：將含有Ce³⁺、F^?和NH₄⁺的前驅體懸濁液在200～300℃下進行水熱反應，氟化鈰的本征能帶結構受羥基和氮共摻雜的影響發生改變，得到羥基和氮摻雜的氟化鈰可見光光催化劑。在反應過程中，NH₄⁺除了作為N源，在酸性條件下可水解生成微量NH₃·H₂O，提供OH。本發明操作簡單，所述OH,N共摻雜有效降低了CeF₃本征帶隙，實現了對能帶結構的連續調控，使得催化劑對可見光響應，表現出優秀的可見光產氧性能。

技術領域

本發明屬于半導體光催化水分解技術領域，具體涉及一種羥基和氮摻雜的氟化鈰可見光光催化劑及其制備方法。

背景技術

半導體光催化分解水產生氫氣和氧氣是目前為了解決能源危機、提供可在生清潔能源的重點研究方向之一。水氧化分解半反應需要的標準氫電極電勢為1.23eV，摻雜改性光催化材料在具有合適的可見光吸收帶隙的同時，價帶必須高于1.23eV才能進行氧氣產生半反應。部分催化劑摻雜改性雖然獲得了可見光吸收的能力，具有良好的可見光降解污染物性能，但其價帶位置過低，導致光生空穴無法進行產氧半反應。因此可控的摻雜改性才能夠獲得滿足要求的水分解產氧光催化劑。

CeF₃是一種常見的潤滑和發光材料，通常采用水熱法、共沉淀法、微波合成等方法制備。水熱法制備CeF₃的溫度范圍以100-200℃為主，所制備的CeF₃純度高，發光性能好。CeF₃豐富的能級結構具有理想的光生載流子能力，是一種潛在的高效光催化劑，但高達5.2eV光學帶隙限制了應用，光催化性能差，特別是在可見光催化產氧方面幾乎沒有性能，常利用其上轉換性能與其他材料復合用于光催化。有研究已證明在高濃度氧摻雜情況下，CeF₃-O在可見光區可有效降解有機污染物。對CeF₃進行低濃度氧摻雜是一種可行的制備可見光產氧光催化劑的設想。

本發明中，當反應溫度低于200℃時，不能產生對可見光催化有益的OH和N非金屬共摻雜；只有在200-300℃區間，氟化鈰的本征能帶結構受OH和N共摻雜的影響發生顯著改變，產生可見光、近紅外光帶尾吸收。本發明的OH,N-CeF₃可見光光催化劑，為可見光光催化高效分解水產氧提供了新的材料基礎。

發明內容

本發明的目的在于提供一種羥基和氮摻雜的氟化鈰(OH,N-CeF₃)可見光光催化劑及其制備方法，能夠在可見外光下高效分解水產氧。

本發明所采用的具體技術方案如下：

第一方面，本發明提供了一種羥基和氮摻雜的氟化鈰可見光光催化劑的制備方法，具體如下：

將含有Ce³⁺、F^-和NH₄⁺的前驅體懸濁液在200～300℃下進行水熱反應，氟化鈰的本征能帶結構受羥基和氮共摻雜的影響發生改變，得到羥基和氮摻雜的氟化鈰可見光光催化劑。

作為優選，所述前驅體懸濁液中，Ce³⁺和F^-的摩爾比為1:(4～8)，NH₄⁺和F^-的摩爾比為1:1。

作為優選，所述前驅體懸濁液是將Ce(NO₃)₃溶解于水中，隨后加入含有F^-和NH₄⁺的水溶液所得。