[发明专利]光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环境治理中的光催化技术领域，具体是一种具有规则的纳米空心长方体形貌的催化剂CdSnO₃·3H₂O及其制备方法和应用。

背景技术

有机芳香化合物(VOCs)被广泛地用于工业生产当中，而这广阔的用途会导致水和空气的污染，尤其是室内的空气污染。据报道VOCs中的苯化合物对人体具有高致癌性，因此利用光催化技术消除苯，引起研究者们的广泛关注。其中，传统催化剂TiO₂以其价廉、无毒、催化性能好等优点，得到了广泛关注。但是由于TiO₂在降解苯的反应过程中，TiO₂的表面容易发生积碳现象导致催化剂的失活。针对这一难题国内外学者做了大量的工作，其中的一个方法是贵金属的负载，而该方法由于用到昂贵的贵金属而阻碍了该技术的推广；另外一个方法是优化光催化反应条件，例如增加反应体系的温度和在反应体系中通入一定量的水蒸气或氢气，这些措施极大的提高了光催化反应的效率、阻碍了TiO₂表面的积碳现象。然而优化光催化反应条件的工序比较复杂同样不利于大规模的推广。因此开发一种对苯污染物具有高效降解能力的非TiO₂光催化剂势在必行。

另外据报道，具有规则形貌的纳米材料在众多领域里都表现出更加优秀的性能，这些领域包括：光发射元件，太阳能电池，生物传感，光催化等。因此在开发高性能或独特功能材料的过程中，设计它的形貌是一个关键的因素。到目前为止，模板合成法在构造不同形貌材料的研究中是一种传统有利的方法。通过这种方法制备了材料的多种不同形貌，例如：纳米片，纳米棒，纳米立方体，纳米管等。然而，在制备这些具有特殊形貌材料的过程中，除去所加入的模板剂是非常必要的，但是大多数的模板剂不仅除去困难而且毒性大，所以不能大规模的工业生产。因此设计和发展一种无模板方法去合成具有特殊形貌的材料仍旧是一个挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有规则的纳米空心长方体形貌的催化剂CdSnO₃·3H₂O及其制备方法和应用。拟解决传统催化剂TiO₂在降解气相有机芳香化合物(VOCs)污染物时效率低下、容易失活等问题。首次将CdSnO₃·3H₂O应用于光催化领域；本发明在没有加入任何模板剂的条件下，采用高效便捷的微波水热法合成具有纳米空心长方体形貌的CdSnO₃·3H₂O，得到的产品具有高效气相降解苯的活性，本发明制备方法简单，原料廉价易得，无需模板、反应条件温和，有利于大规模推广。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光催化剂CdSnO₃·3H₂O具有规则的纳米空心长方体形貌。

一种如上所述的光催化剂CdSnO₃·3H₂O的制备方法为无模板微波水热法。将等量的可溶性镉盐和可溶性锡酸盐放入烧杯中，向烧杯加入蒸馏水，在室温下剧烈搅拌1-2h，形成均匀的白色悬浊液，然后用质量分数为10%的氨水调节pH值为11，转入微波反应釜中，在微波消解仪中保持100-250℃反应0.1-3 h，冷却后，产物经过离心，洗涤和烘干即得到所述的光催化剂。

一种如上所述的光催化剂CdSnO₃·3H₂O的应用于气相降解有机污染物。例如：室内空气净化，工业废气处理等。

本发明在没有加入任何模板剂的条件下，采用高效的微波水热合成法制备出边长范围为30-50 nm的纳米空心长方体的CdSnO₃·3H₂O光催化剂。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明首次将CdSnO₃·3H₂O应用于光催化领域，其禁带宽度较大，具有较强的氧化还原能力，是一种新型的光催化剂，能够高效的降解空气中的有机污染物。

（2）本发明采用微波水热法，在没有加入任何模板剂的条件下，合成具有纳米空心长方体形貌的CdSnO₃·3H₂O光催化剂，与常规的模板法相比，不仅节省了成本，而且克服了制备后期去除模板剂的困难，有利于大规模的工业生产。