[发明专利]一种Al、Ta共掺杂的三元铁氧化物光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种Al、Ta共掺杂的三元铁氧化物（Ta/Al-Fe₂O₃）的可见光响应型光催化材料及其制备方法。

背景技术

能源危机和环境污染是当今科技领域的两大主题。利用太阳能分解水制氢是一种完全的可持续开发和利用过程，是从根本上解决能源与环境问题最为理想的途径之一。研制和开发高效、稳定、低成本的新型可见光催化材料是太阳能分解水制氢研究的关键。

公开号为CN102534645A的中国发明申请公开了一种光催化辅助电解水制氢的方法，具体步骤为，以工业化的电解水制氢装置为基础，通过光催化材料对电解池阳极进行修饰，并采用光源辐照阳极，在电解水的过程中耦合光催化过程，实现光催化辅助电解水制氢。该方法将光催化与电解水有机地耦合在一起，产生协同效应，克服光解水制氢效率低和电解水制氢电耗高的缺点，具有降低电解池电压和提高产氢效率的效果。

公开号为CN102259030A的中国发明申请公开了一种可见光下分解水制氢的复合光催化剂及其制备方法，该申请发明的复合光催化剂是由Zn(Ac)₂·2H₂O、Cd(Ac)₂·2H₂O、稀土化合物和硫代乙酰胺制成。方法为:先将Zn(Ac)₂·2H₂O、Cd(Ac)₂·2H₂O、稀土化合物加入到溶剂中，在温度为60℃～80℃的条件下搅拌，然后加硫代乙酰胺，继续搅拌，将得到混合物加入反应釜中反应，冷却后洗涤吹干，得到复合光催化剂；该复合光催化剂的产氢速率为360～640mmol·h^-1·g^-1，可用于太阳能分解水制氢。

Fe₂O₃是一种窄带隙半导体材料，带隙能为2.1eV，最大吸收波长为560nm，其价带位置比光解水产氧所需的氧化电位还正。对紫外光和可见光均表现出较好的光电化学响应，太阳光利用效率较高，同时化学性质稳定、无毒、价格低廉，因此被认为是极具应用前景的光催化剂之一。但Fe₂O₃光催化过程中光生电子和空穴极易复合，且光吸收系数小，致使其在可见光下分解水的量子效率不高。

对Fe₂O₃进行掺杂或复合改性可以提高其光催化性能，Pt、Ag等贵金属及Si、Ti、Al、Mo、Cr、Nb等金属离子都能作为掺杂元素，提高氧化铁体系的光催化活性。目前多数研究注重于单一离子的掺杂，其光解水的效率还是远不近人意，多种离子共掺杂的研究较少。

发明内容

本发明提供了一种Al、Ta共掺杂的三元铁氧化物光催化剂及其制备方法，制备得到的催化剂光生电子和空穴分离效果好，光电流高，制备方法简单。

一种Al、Ta共掺杂的三元铁氧化物光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）导电基底清洗晾干后将Fe³⁺、Al³⁺和Ta⁵⁺的前驱体混合溶液缓慢滴至所述导电基底的导电面上，真空烘干；

（2）重复步骤（1）若干次后恒温煅烧得到Ta/Al-Fe₂O₃光催化薄膜。

目前多数研究注重于单一离子的掺杂，其光解水的效率还是远不近人意，多种离子共掺杂的研究较少。事实上，空穴（或电子）扩散长度、催化剂自身的导电性能、价带（或导带）位置、带隙能等多种因素都会影响光催化剂性能提高，多种离子共掺杂改性可以取得协同作用效果，从多个方面提升光催化剂性能，从而使催化剂性能得到质的提升。本发明提供了一种新型Al、Ta共掺杂的三元体系的Fe₂O₃光催化剂（Ta/Al-Fe₂O₃）。