[發(fā)明專(zhuān)利]一種羥基和氮摻雜的氟化鈰可見(jiàn)光光催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110765358.3
• 申請(qǐng)日: 2021-07-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113477264B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王智宇;韓冰;錢(qián)國(guó)棟;樊先平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J27/12
• 分類(lèi)號(hào): B01J27/12;B01J27/24;B01J35/00;B01J37/10;C01B13/02
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明公開(kāi)了一種羥基和氮摻雜的氟化鈰可見(jiàn)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(qū)體懸濁液在200～300℃下進(jìn)行水熱反應(yīng)，氟化鈰的本征能帶結(jié)構(gòu)受羥基和氮共摻雜的影響發(fā)生改變，得到羥基和氮摻雜的氟化鈰可見(jiàn)光光催化劑。在反應(yīng)過(guò)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(fā)明操作簡(jiǎn)單，所述OH,N共摻雜有效降低了CeF₃本征帶隙，實(shí)現(xiàn)了對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的連續(xù)調(diào)控，使得催化劑對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)，表現(xiàn)出優(yōu)秀的可見(jiàn)光產(chǎn)氧性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光催化水分解技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種羥基和氮摻雜的氟化鈰可見(jiàn)光光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體光催化分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣是目前為了解決能源危機(jī)、提供可在生清潔能源的重點(diǎn)研究方向之一。水氧化分解半反應(yīng)需要的標(biāo)準(zhǔn)氫電極電勢(shì)為1.23eV，摻雜改性光催化材料在具有合適的可見(jiàn)光吸收帶隙的同時(shí)，價(jià)帶必須高于1.23eV才能進(jìn)行氧氣產(chǎn)生半反應(yīng)。部分催化劑摻雜改性雖然獲得了可見(jiàn)光吸收的能力，具有良好的可見(jiàn)光降解污染物性能，但其價(jià)帶位置過(guò)低，導(dǎo)致光生空穴無(wú)法進(jìn)行產(chǎn)氧半反應(yīng)。因此可控的摻雜改性才能夠獲得滿足要求的水分解產(chǎn)氧光催化劑。

CeF₃是一種常見(jiàn)的潤(rùn)滑和發(fā)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(fā)光性能好。CeF₃豐富的能級(jí)結(jié)構(gòu)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(dá)5.2eV光學(xué)帶隙限制了應(yīng)用，光催化性能差，特別是在可見(jiàn)光催化產(chǎn)氧方面幾乎沒(méi)有性能，常利用其上轉(zhuǎn)換性能與其他材料復(fù)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(jiàn)光區(qū)可有效降解有機(jī)污染物。對(duì)CeF₃進(jìn)行低濃度氧摻雜是一種可行的制備可見(jiàn)光產(chǎn)氧光催化劑的設(shè)想。

本發(fā)明中，當(dāng)反應(yīng)溫度低于200℃時(shí)，不能產(chǎn)生對(duì)可見(jiàn)光催化有益的OH和N非金屬共摻雜；只有在200-300℃區(qū)間，氟化鈰的本征能帶結(jié)構(gòu)受OH和N共摻雜的影響發(fā)生顯著改變，產(chǎn)生可見(jiàn)光、近紅外光帶尾吸收。本發(fā)明的OH,N-CeF₃可見(jiàn)光光催化劑，為可見(jiàn)光光催化高效分解水產(chǎn)氧提供了新的材料基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)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(jiàn)光光催化劑及其制備方法，能夠在可見(jiàn)外光下高效分解水產(chǎn)氧。

本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

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

將含有Ce³⁺、F^-和NH₄⁺的前驅(qū)體懸濁液在200～300℃下進(jìn)行水熱反應(yīng)，氟化鈰的本征能帶結(jié)構(gòu)受羥基和氮共摻雜的影響發(fā)生改變，得到羥基和氮摻雜的氟化鈰可見(jiàn)光光催化劑。

作為優(yōu)選，所述前驅(qū)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(yōu)選，所述前驅(qū)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。