[发明专利]一种TiO2-SrTaO2N复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种TiO₂-SrTaO₂N复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工业进步和社会发展，环境污染成为人们最关心的一大问题，发展新型实用的环保技术是当代广大科技工作者一直致力于研究的热门课题。对环境中污染物的去除，传统上采用催化燃烧、化学氧化、生物降解等方法；但上述方法都有一定的局限性，如设备及运行费用高，有二次污染，污染物去除不完全等，使这些方法难以满足净化处理在技术和经济上的要求。

近几十年来人们研究发现，半导体光催化技术在去除污染物方面具有能耗低、氧化能力强、操作简便、反应条件温和无二次污染等优点，为环境污染物的治理开辟了新途径。目前，在多相光催化反应所应用的半导体催化剂中，TiO₂以其无毒、催化活性高、稳定性好以及抗氧化能力强等优点而备受青睐。然而，TiO₂禁带宽度为3.2 eV，只有在波长小于387 nm的紫外线下才能激发其催化活性，在到达地面的太阳能中，这一波段的能量尚不足5%，严重地影响了其应用。此外，TiO₂光催化剂在光催化过程中光生电子和空穴容易复合，催化效率低。如果将其制成纳米材料，由于量子尺寸等效应其光催化活性的确有所提高，但对光的吸收却发生了蓝移，即对光能尤其太阳能的利用率进一步降低。因此，如何拓宽TiO₂光催化剂光谱响应范围、提高其光量子效率成为光催化科学研究的重点和难点。

SrTaO₂N是一种过渡金属氧氮化物，由于二价氧元素部分被电负性较小的三价氮元素取代，金属阳离子或多或少被还原，晶体结构发生变化，SrTaO₂N因而表现出新的光、电、磁, 力学性能。研究表明，SrTaO₂N的禁带宽度为2.2 eV，能吸收波长小于563 nm的可见光，是一种具有可见光响应能力的光催化材料。为了拓宽TiO₂的光谱响范围，将其与具有理想带隙的SrTaO₂N相复合，利用两种半导体之间的能级差能使光生截流子由一种半导体微粒的能级注入到另一种半导体的能级上，使电荷有效分离，是提高TiO₂太阳能利用率和光量子效率的有效途径。TiO₂光催化剂的导带电势E_CB=-0.29 eV，价带电势E_VB=2.91 eV，而SrTaO₂N光催化剂的导带电势E_CB=-0.71 eV，价带电势E_VB=1.49 eV。在TiO₂/SrTaO₂N复合半导体中，SrTaO₂N的导带电势更负，光生电子容易从能级低的SrTaO₂N导带迁移到能级高的TiO₂导带上，同时，TiO₂的价带电势更正，光生空穴容易从能级高的TiO₂价带迁移到能级低的SrTaO₂N价带上，从而提高光生电荷的分离率，扩展了TiO₂的光谱响应范围。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种太阳能利用率高，光催化活性好的TiO₂-SrTaO₂N复合光催化剂。

本发明解决的另一个技术问题是提供了一种操作简单且易于实现的TiO₂-SrTaO₂N复合光催化剂的制备方法。

本发明的技术方案为：一种TiO₂-SrTaO₂N复合光催化剂，其特征在于是由TiO₂与SrTaO₂N粉体复合而形成的TiO₂-SrTaO₂N复合光催化剂，其中TiO₂与SrTaO₂N的摩尔比为5-15:1。