[发明专利]一种ZnO-CaTaO2N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ZnO-CaTaO₂N复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，利用半导体材料光催化氧化降解污水中的有机物已经成为一个活跃的研究方向，人们对一些半导体氧化物的光催化性能进行了较为深入的研究。在众多的半导体光催化材料中，ZnO光催化剂具有催化活性高、稳定性好、价格便宜、无毒等优良性能，被认为是最具有潜在应用价值的光催化材料。纳米ZnO光催化材料目前被广泛应用于光催化，在紫外光的辅助下可催化降解各种有机染料废水，能将难降解的有机物最终氧化为CO₂和H₂O等无机物，并可氧化去除废水中几乎所有的有机污染物，这对解决日益严重的有机染料废水提供了有效的处理方法。

但ZnO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%，而可见光部分的比例却占到太阳能的45%左右。此外，ZnO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。因此，如何拓宽ZnO光催化剂光谱响应范围、提高其光量子效率成为光催化科研究的重点和难点。

CaTaO₂N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，CaTaO₂N因而表现出新的光、电、磁, 力学性能。研究表明，CaTaO₂N的禁带宽度为2.6 eV，能吸收波长小于476 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ZnO的光谱响范围，将其与具有理想带隙的CaTaO₂N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ZnO太阳能利用率和光量子效率的有效途径。ZnO光催化剂的导带电势E_CB=-0.31 eV，价带电势E_VB=2.89 eV，而CaTaO₂N光催化剂的导带电势E_CB=-1.26 eV，价带电势E_VB=1.34 eV。在ZnO/CaTaO₂N复合半导体中，CaTaO₂N的导带电势更负，光生电子容易从能级低的CaTaO₂N导带迁移到能级高的ZnO导带上，同时，ZnO的价带电势更正，光生空穴容易从能级高的ZnO价带迁移到能级低的CaTaO₂N价带上，从而提高光生电荷的分离效率，扩展了ZnO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ZnO-CaTaO₂N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ZnO-CaTaO₂N复合光催化剂的制备方法。

本发明的技术方案为：一种ZnO-CaTaO₂N复合光催化剂，其特征在于是由ZnO与CaTaO₂N粉体复合而形成的ZnO-CaTaO₂N复合光催化剂，其中ZnO与CaTaO₂N的摩尔比为5-15:1。