[发明专利]一种可见光响应型四价铌自掺杂铌酸盐光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体纳米材料的制备方法，更具体的涉及到一种可见光响应型四价铌自掺杂铌酸盐光催化剂的制备方法。

背景技术

由于化石燃料本身的不可持续性，以及燃烧化石燃料释放的大量CO₂产生的温室效应、环境污染等严重的全球性问题，构建洁净的、环境友好的非化石燃料的可再生新能源体系，已经成为世界各国高度关注的焦点和重大战略。太阳能由于其取之不尽、洁净无污染、可再生等优点，必将在未来的新能源开发中占据举足轻重的地位。而氢能具有高燃烧值、燃烧产物是水无环境污染等优点，因此，利用太阳能半导体光催化分解水制氢作为可持续发展的新能源途径之一，正日益受到国际社会的高度关注。经过四十多年的发展，利用太阳能半导体光催化分解水制氢已取得较大的进展，但离实际应用仍有一定的距离。目前研究较多的且光催化效果较好的光催化剂仍然集中在紫外光响应型半导体材料上，然而太阳光谱中紫外光仅占总能量的4%，而可见光部分占到43%，因此开发可见光响应型的高效半导体光催化剂意义重大。铌酸盐光催化剂（如Nb₂O₅、K₄Nb₆O₁₇等）虽然具有较好的光催化活性，但其仅能响应紫外光，限制了其实际应用价值，因此对其进行可见光改性具有重要的意义。目前常见的改性方法如过渡金属、非金属掺杂等，虽然也能提高铌酸盐材料的可见光活性，但由于掺杂离子造成的缺陷容易成为光生电子与空穴的复合中心，进而限制了其催化活性的提高。近年来研究表明，金属离子自掺杂型半导体氧化物（如Ti³⁺自掺杂TiO₂、Ta⁴⁺自掺杂NaTaO₃等）表现出较好的可见光吸收特性和催化活性。然而有关Nb⁴⁺自掺杂型铌酸盐光催化剂尚未见文献报道，而且目前已经报道的有关金属离子自掺杂型半导体氧化物的制备方法步骤繁多，价格昂贵。因此发展一种简便、廉价的方法制备金属离子自掺杂型半导体氧化物不仅可以简化合成过程、提高制备效率，还将大大加快可见光响应型半导体纳米材料的实际应用进程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可见光响应型四价铌自掺杂铌酸盐可见光光催化剂的制备方法，该方法具有简便、廉价和高效的特点。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种可见光响应型四价铌自掺杂铌酸盐可见光光催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)选取铌酸盐作为前驱体；

2)将前驱体与溶剂混合均匀，向混合溶液中通入保护性气体、搅拌、紫外光照射；

3)将经紫外光照射后的溶液进行离心，离心得到固体粉末，将粉末进行真空干燥，即得可见光响应型四价铌自掺杂铌酸盐化合物。

优选地，步骤1)所述铌酸盐选自Nb₂O₅、K₄Nb₆O₁₇、K₂Nb₈O₂₁。

优选地，步骤2)所述前驱体的用量为0.02-0.5g，溶剂用量为15-25ml。

优选地，步骤2)所述溶剂选自水与甲醇按体积比4:1的混合溶液、水与乳酸按体积比4:1的混合溶液、水与异丙醇按体积比4:1的混合溶液、水与三乙醇胺按体积比4:1的混合溶液或硫化钠和亚硫酸钠的水溶液，所述硫化钠和亚硫酸钠的水溶液为0.002mol硫化钠和0.006mol亚硫酸钠溶于20mL水中形成的水溶液。

优选地，步骤2)所述混合均匀在石英材质的容器中进行。

优选地，步骤2)中所述的保护性气体选自氮气或氩气。

优选地，步骤2)中所述通入保护性气体的时间为30-60min。

优选地，步骤2)中所述紫外光光源为300-500W的高压紫外灯，辐射强度为50-100mW/cm2；所述紫外光照射的时间为0.5-6h。

优选地，步骤3)中所述离心的速度为8000-12000转/分，离心的时间5-10分钟。

优选地，步骤3)中所述真空干燥的条件为真空-0.05MPa，40℃干燥1-4h。

本发明的有益效果如下：

1）本发明中制备了一类新型可见光响应型自掺杂铌酸盐纳米光催化剂，丰富了自掺杂型半导体纳米材料的种类；