[发明专利]一种可见光响应催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光响应催化剂及其制备方法。

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，无二次污染，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。

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。

目前开发新型可见光响应催化剂的方法主要有两条途径，对TiO₂进行修饰使其具有可见光响应能力（如掺杂金属阳离子或非金属阴离子，染料敏化等）和直接开发具有可见光响应能力的新型光催化剂。从目前的研究成果看，TiO₂改性催化剂在太阳光照射下降解有机物的活性并不是很高，稳定性方面也存在一些问题。因此，人们纷纷将注意力集中到后一种开发途径上，一大批新型的可见光催化剂被报道，如邹志刚等开发的Ag₂ZO₄型（Z代表Cr、Mo、W、Mn等）复合氧化物（CN1799691A）和AgTO₂型（T代表Al、Ga、In、Cr、Fe、Co、Ni）复合氧化物（CN1799690A），CN1905940A公开的BaBi_xO_y（0.5<x<2,2<y<4）复合氧化物等。由于V的3d轨道电子能被可见光激发，因而钒酸盐也是一类具有可见光响应性质的半导体材料，不仅可用作光敏化半导体修饰其他宽带隙半导体，本身也具有较好的光催化性能，近来受到了较多研究者的关注。石墨型氮化碳（g-C₃N₄）则是2009年新发现的一类聚合物型光催化材料，由于其性价比高，同时也具有较高的热稳定性和化学稳定性，迅速得到了研究者的重视。但受限于研究时间较短，相关的研究报道较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简单、成本低廉的非氧化钛高活性光催化剂及制备方法。

为实施该发明目的，采用的技术方案为：

一种可见光响应催化剂，其特征在于：该催化剂为钒酸镝复合石墨相氮化碳，化学组成通式为xDyVO₄/g-C₃N₄，x为钒酸镝在催化剂中的质量分数，石墨相氮化碳（g-C₃N₄）的质量分数为1-x，0.1≤x≤0.4。

较佳的是x为0.15。

g-C₃N₄即石墨相氮化碳(graphitic carbon nitride)。

该催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）硝酸镝的制备：

在搅拌的情况下，按钒镝化学计量比（n_V/n_Dy＝1:1？）将偏钒酸铵与硝酸镝分别溶于去离子水中，再将这两种溶液混合，生成黄色沉淀物后往该溶液中滴加30%的氨水调节其pH值等于7，沉淀物经搅拌陈化后过滤，清洗，所得固体烘干后在500°C温度下焙烧2小时，冷却后即得DyVO₄。

（2）石墨相氮化碳的制备：

将三聚氰胺放于马弗炉中520°C焙烧4小时，冷却后即得黄色的g-C₃N₄.

（3）钒酸镝复合石墨相氮化碳催化剂的制备：

按DyVO₄/g-C₃N₄质量比，将钒酸镝与石墨相氮化碳粉体混合研磨10min,最后于300-600°C下焙烧2小时即得该催化剂成品。