[发明专利]可见光响应的光催化剂Ca7Ce2Ti10O31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的钛酸盐光催化剂Ca₇Ce₂Ti₁₀O₃₁及其制备方法，属于无机光催化材料领域。

背景技术

随着社会经济的发展, 人们对于能源和生态环境越来越关注, 解决能源短缺和环境污染问题是实现可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的迫切需要。

1972年Fujishima发现了TiO₂半导体电极在紫外光照射下具有光解水的作用,由此引发了半导体光催化的研究热潮。其主要领域包括: (1)以太阳光能为能源,以空气中的氧气为氧化剂促使水和空气中的有机污染物彻底分解成CO₂、H₂O和其它无机盐, 是一种理想的污染物控制技术; ( 2)利用太阳能将水分解为氢气和氧气等化学能,是氢能经济的重要组成部分; (3)将太阳能直接转变为电能。虽然TiO ₂是一种极其优秀的光催化剂,但由于TiO₂的禁带宽度较大( 3. 2eV) ,只有波长等于或小于387 nm的紫外光才能激发TiO₂产生导带电子和价带空穴对从而引发光催化反应。但实际到达地表的太阳辐射能量的波长范围集中在460~ 500nm,紫外成分( 300~ 400nm)不足5%, 因此如何高效地利用太阳光进行光催化反应,开发能被可见光激发的光催化剂正日益引起人们的兴趣。

为了扩展TiO₂的响应波长范围以充分利用太阳光,人们对其进行了许多改性研究, 包括金属离子掺杂、非金属离子掺杂、表面光敏化、耦合半导体及引入氧空位、离子注入等方法。一些科学工作者已研制出大量的新型多元金属氧化物可见光催化剂, 三价铋的复合物如BiVO₄、Bi₂MoO₆、Bi₂Mo₂O₉、Bi₂Mo₃O₁₂和Bi₂WO₄被报道在可见光下具有良好的吸收。一系列铌（钽）酸盐光催化剂由于具有较高的光催化活性而被广泛研究。例如，烧绿石(pyrochlore)结构型化合物Bi₂MnNbO₇(M = Al、Ga、In或稀土元素)、钨锰铁矿(wolframite)结构型化合物InMO₄(M = Nb、Ta)、Stibotantalite Wolframite结构型化合物BiMO₄(M = Nb、Ta)等和铌钾复合氧化物光催化剂如层状结构的KNbO₃、KNb₃O₈、K₄Nb₆O₁₇和孔道结构的K₆Nb_10.6O₃₀等都具有较好的光催化性能。国内外研究者还对一些钛酸盐如SrTiO₃、Bi₄Ti₃O₁₂等开展了光催化特性研究。