[发明专利]可见光响应钒钐复合氧化物催化剂及其制备方法和用途

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种新型可见光响应催化剂和制备方法及其用途。

【背景技术】

环境污染是当前人类面临的重大挑战，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。 在众多的环境污染治理技术中，光催化技术以其低成本，无污染，应用范围广 的优点，成为了21世纪最具开发前途的绿色环境治理技术。

自1972年Fujishima和Honda发现TiO₂电极在光照下能分解水这一现象从 而揭开光催化研究序幕以来，已有众多的催化剂被报道。纳米TiO₂是其中最具 有应用潜力的光催化剂之一，它具有良好的化学稳定性、抗磨损性、耐光腐蚀、 低成本和无毒等优点，因而被广泛地用于光解水、降解有机物、杀菌和敏化太 阳能电池的制备等。但是由于二氧化钛的禁带(3.2ev)过宽，光吸收范围仅限 于紫外光区，对太阳能的利用率过低(约4％)，限制了它的大规模应用。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。

开发新型可见光响应催化剂的方法主要有对宽带隙半导体的掺杂(金属离 子或非金属离子)、光敏化和半导体复合等。对TiO₂的改性是其中的重要组成部 分，从最初的金属离子掺杂，到现在的非金属离子掺杂和多种离子共掺杂，已 有许多研究被报道。但从目前研究结果看，它们在太阳光照射下的催化活性并 不是很高，稳定性方面也存在一些问题。光敏化催化剂中催化剂的稳定性这个 问题更为严重。相对而言，半导体复合催化剂更具开发前景。它的基本组合是 一个宽带隙半导体和一个窄带隙半导体，半导体组合选择余地大，而且化学性 质稳定，兼具两个半导体的物化性质(酸性、比表面等)，这些都有利于开发出 高效的可见光催化剂。本发明正是基于这一考虑，从窄带隙半导体V₂O₅出发， 利用半导体复合的方法研制了可见光响应的VSmO复合氧化物催化剂。

【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，提供一种贵金属Pt负载的高效可见光响应催化 剂及其负载方法。

本发明制备的可见光响应催化剂，为复合氧化物，化学组成通式为xVSmO， x为n(V)/n(Sm)，0.5＜x＜4.5。

本发明制备的可见光响应催化剂的制备方法，包括如下步骤：在搅拌的情 况下将硝酸钐溶液与偏钒酸铵溶液混合，生成沉淀，沉淀搅拌陈化，然后旋转 蒸发去除溶液中的水份，所得固体烘干，最后300-700℃温度下焙烧。

本发明制备的贵金属Pt负载的高效可见光响应催化剂，其化学组成通式为 ywt％Pt-xVSmO，其中，x为n(V)/n(Sm)，0.5＜x＜4.5；y为W(Pt)/W(VSmO)， 0＜y＜1.0。

前述催化剂的贵金属Pt负载方法为：将VSmO催化剂放入氯铂酸溶液，在 暗室中浸渍，然后烘干，最后光照即得ywt％Pt-xVSmO光催化剂。

本发明制备的催化剂具有以下两个特点，一是催化的高效性，这首先表现 在催化剂的高可见光响应性上。该催化剂为SmVO₄和V₂O₅的复合半导体型光 催化剂，其对可见光的吸收能力取决于窄能隙半导体V₂O₅。V₂O₅的能带宽度为 2.0eV，可以吸收波长小于600nm的可见光，这使得本发明制备的催化剂具有很 高的吸收可见光的能力。其次，催化的高效性还表现在催化剂的光催化反应活 性上。该催化剂对丙酮具有很高的可见光降解活性，单程转化率达到了99.5％。 二是催化剂对挥发性有机污染物的普遍适用性，可以降解醛类、醇类、酮类、 苯及其同系物。此外，本发明制备的催化剂还有制备方法简单、适用条件不苛 刻、光催化降解性能稳定，可长久使用等优点，因此，具有较强的商业化应用 前景。

以下用实例进一步阐明本发明，但本发明不限于实例。

附图说明