[发明专利]一种高效可见光催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种高效可见光催化剂，其化学式为Y₂O₂S。其制备方法为：将金属钇的前驱体和去离子水混合，得到混合溶液，然后在加热的条件下进行水热反应，过滤干燥后，得到粉体Y(OH)₃；在硫化氢气氛下，将所述Y(OH)₃粉体进行加热硫化处理，保温后，得到可见光催化剂Y₂O₂S。本发明通过所述两步法制备的可见光催化剂Y₂O₂S在可见光波段具有强吸收并且在可见光激发下可以高效降解有机染料。其结构和光催化稳定性高，随着光照时间的延长，其结构没有发生任何改变而且光催化活性依然能够保持很高水平。本发明产品的光催化降解有机染料性能比一步法制备的Y₂O₂S有很大提高，同时颗粒尺寸更均匀。

技术领域

本发明涉及光催化剂领域，特别涉及高效可见光催化剂Y₂O₂S及其制备方法。

背景技术

环境污染和能源短缺是当前全人类所需解决的重大挑战，是我国实施可持续发展战略所要优先考虑的重大课题。太阳能具有取之不尽、用之不竭而且清洁无污染等特点，如果能够充分利用太阳能，那么能源与环境问题将会得到大大缓解。当前，我国正处在工业化和城镇化加速发展的阶段，对有效利用基于太阳能的清洁能源和环境保护技术的研发需求尤为紧迫。自从1972年Fujishima和Honda首次发现单晶TiO₂电极上能够光催化分解水后，Carey等人又成功地将TiO₂用于光催化降解水中有机污染物，半导体光催化迅速受到各国环境和能源研究者的普遍关注。在降解有机污染物方面，光催化技术表现出了强氧化性、有机污染物矿化完全、可直接利用太阳能、室温反应等优点，有望成为解决环境问题的一条廉价可行的途径。

在众多的半导体光催化剂中，TiO₂具有化学稳定性、廉价、环境友好等优点，并且基本可以无选择地降解有机污染物，是目前使用最广泛的光催化材料。但是TiO₂在实际应用中仍然存在着一些缺陷，主要表现在其带隙较宽，如锐钛矿结构3.2 eV，对太阳光的吸收仅仅限于紫外区，而不能吸收太阳能中占43%的可见光。

根据半导体能带理论，当半导体受到光子能量大于或者等于其禁带宽度的光照射时，价带上的部分电子就会被激发并跃迁至导带，形成光生电子和光生空穴。当光生电子和光生空穴迁移至半导体表面时，就会与半导体表面上吸附的物种发生氧化还原反应，从而实现对有机污染物的降解。由这一理论可以得知，光催化剂的禁带宽度越窄，就可以吸收更多的可见光，就有可能表现出更强的光催化活性。但是，过窄的禁带宽度又会降低光生电子或光生空穴的氧化还原能力，因为光生载流子的氧化(或还原)能力取决于价带(或导带)的位置：导带底越高表明光生电子的还原能力越强，价带顶越低表明光生空穴的氧化能力越强。寻找可见光响应同时具有较高光催化活性的新型光催化剂成为当前光催化领域的研究热点。

金属硫氧化物可以看作是金属氧化物晶格中部分氧原子被硫原子取代的结果，其价带能级主要由S的3p轨道能级和O的2p轨道能级杂化组成。由于S的3p轨道能级位置比O的2p轨道能级位置高，所以金属硫氧化物的价带位置正好居于金属氧化物和金属硫化物之间。与金属氧化物相比，金属硫氧化物具有更窄的禁带宽度，可以吸收更多的太阳光；与金属硫化物相比，金属硫氧化物具有更低的价带位置，表现出更强的氧化能力，而绝大部分有机污染物的光催化降解是以光生空穴的氧化反应为主。因此，金属硫氧化物是一类非常适合于降解有机污染物的新型光催化材料体系。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种高效可见光催化剂，其结构和催化活性稳定性高，能够利用太阳光谱中的可见光。

本发明提供了一种高效可见光催化剂，其化学式为Y₂O₂S。

优选的，所述光催化剂为纳米级粉体。