[发明专利]一种可见光响应催化剂及其制备和用途

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种新型的高可见光催化活性催化剂和制备方法。

【背景技术】

环境污染是当前人类面临的重大挑战，它导致了人们生活的饮用水源，工 业水源质量不断下降，大气污染不断加剧，造成生态环境的不断破坏，严重影 响着人们的健康和生活质量。因此，如何经济有效地净化环境污染是我们必须 应对与解决的重大科学挑战。与传统的物理吸附，化学催化等方法相比，光催 化技术具有成本低，无污染，应用范围广的优点，是21世纪最具开发前途的绿 色环境治理技术。

实用的光催化材料需有较强吸收光能力，以及较长时间的非平衡态电子、 空穴寿命和较高的电子、空穴迁移率。如何找到合适的光催化材料一直是科技 人员关注的研究课题。纳米TiO₂是目前研究最多、最成功的光催化剂，然而由 于TiO₂的禁带过宽，致使其只能吸收紫外波段的光。从太阳能的利用来看，紫 外线(400nm)以下仅占太阳光总能量的4％左右，而波长为400-750nm的可见 光则占到近43％。因此，为了有效的利用太阳能，同时满足室内无紫外线环境 光催化净化的需求，寻找可见光响应的光催化剂势在必行。对二氧化钛的改性 (掺杂金属和非金属离子)是其中的重要组成部分，并且取得了一些进展。2001 年，Asahi等(Science，2001，293，269)成功的在TiO₂中进行了非金属氮掺 杂。在此后的几年时间里，已发展了C、N、S、F等多种非金属掺杂的二氧化 钛光催化剂。CN101011655A公开了一种氮磷共掺杂氧化钛多级孔光催化材料及 其制备方法。CN101032691A公开了一种溶胶凝胶法制备氮氟共掺杂二氧化钛光 催化剂的方法。但从目前的研究成果看，这类TiO₂改性催化剂在太阳光照射下 的催化活性并不是很高。显然，仅靠改良TiO₂来提高催化活性是有限的也是不 实际的，在这一背景下非氧化钛可见光响应光催化剂的研制和开发越发受到了 人们的重视。

周小平等(Catal.Commun.2008，9，1698)报道了一种新型可见光响应催 化剂9.1％VO_x/MgF₂，578nm的量子产率达到了3.2％，负载贵金属Pt后提高到 34.6％，对苯的单程转换率也达到了25.6％。研究认为，宽带隙半导体MgF₂能 有效的阻碍电子和空穴的分离，从而使催化剂具有很高的光催化活性。而利用 MgF₂的这种特性，使其与其他窄带隙半导体复合，就有可能开发出更多的可见 光响应光催化剂。本发明正是受此启发，开发了MoO₃掺杂MgF₂催化剂，为了 获得更高的光催化活性，我们还引入了硫物种。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种制备方法简单、成本低廉的新型非氧化钛光催 化剂及制备方法。该催化剂对许多有机污染物的可见光催化降解性能优良，具 有较强的应用前景。

本发明的目的之二还在于，提供一种简便、实用的气相光催化降解有机物 评价装置。

本发明制备的一种新型的高可见光催化活性催化剂，其化学组成通式为S-x MoO_x/MgF₂。其中，x为n(Mo)/n(Mg)，0.01≤x≤0.13。

1.本发明制备的高可见光催化活性催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按MgF₂化学计量比称取硝酸镁和氟化铵，分别溶于去离子水中，在搅拌 的情况下将氟化铵溶液与硝酸镁溶液混合，得到无色的胶状液I。

(2)称取钼酸铵，溶于去离子水中，再加入硫化铵溶液，加入量的化学计量比

为n(S)/n(Mo)＝4，搅拌后得到溶液II。

(3)在搅拌的情况下将溶液II加入溶液I中，混合均匀后旋转蒸发去除溶液中 的水份，所得固体在烘箱中烘干。

(4)将烘干后的前驱体在氮气气氛中焙烧，自然冷却后即得此可见光催化活性 催化剂。

其中步骤(4)所述的固体的焙烧温度可为300-450℃。其中步骤(4)所述 的前驱体的焙烧时间可为1-4小时。