[发明专利]Nd3-xCoxNbO7-硅锌分子筛复合多孔纳米催化材料的制备及应用

说明书

本发明采用超临界水合成法和化学气相冷凝沉积法制备粉末催化材料Nd_3‑xCo_xNbO₇(0.5≤x≤1)；采用浸渍烘焙法制备复合多孔纳米催化材料Nd_3‑xCo_xNbO₇(0.5≤x≤1)‑硅锌分子筛；并制备了新型光电极Nd_3‑xCo_xNbO₇(0.5≤x≤1)。对这三种新材料进行表征：通过透射电镜进行组织形貌分析，结果表明催化剂颗粒形状不规则，平均粒径为150nm；通过X射线衍射仪进行物相分析，结果表明Nd₂CoNbO₇为单相，结晶度较高；通过X射线光电子能谱，探讨上述催化剂表面的化学形态和微区元素组成及电子层结构特征；通过紫外可见漫反射光谱仪测定Nd₂CoNbO₇的特征吸收边，获得其带隙宽度为2.412eV。最后，使用上述催化剂分解水制氢以及可见光下催化降解水体中的有机污染物微囊藻毒素、亚甲基兰和磺胺甲恶唑。实验结果表明本项目制取的催化剂催化效果良好。

技术领域

本发明涉及两种光催化剂及一种光电极，分别是粉末催化材料Nd_3-xCo_xNbO₇、复合多孔纳米催化材料Nd_3-xCo_xNbO₇-硅锌分子筛及光电极Nd_3-xCo_xNbO₇，其中0.5 ≤x≤1。发明内容包括这三种新材料的制备、表征及应用，其中应用包括光催化去除水体中有机污染物与光催化分解水制取氢气。

背景技术

近300年来，以英国工业革命为起点，人类社会在各方面都得到了飞速的发展。然而在经济大幅度提升的背后，能源被过度开采，环境也受到空前的威胁。为了应对能源和环境的双重危机，人们提出并实施了许多举措，其中，光催化领域的研究者们也进行了卓有成效的探索。光催化技术的原理如下：当入射光能量大于半导体禁带宽度时，在半导体表面上形成光生电子和光生空穴对的氧化还原体系，在水与溶解氧的作用下，最终产生具有高度催化活性的活性基团，吸附或者进一步降解流体中的污染物分子。目前常见的应用领域主要是废水深度处理和空气净化等。1972年，Fujishima和Honda首次发现，TiO₂单晶电极在光照下能分解水，这一发现振奋人心，在能源研究领域引起轰动。因为这意味着通过对催化剂的研究，将来的某天，我们人类完全可能以水作为原料，利用太阳光和催化剂的作用，能得到清洁的氢能源。