[发明专利]可见光响应的光催化剂Fe2TiGe3O11及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光响应的光催化剂Fe₂TiGe₃O₁₁及其制备方法，属于无机光催化材料领域。

背景技术

随着社会经济的发展,人们对于能源和生态环境越来越关注,解决能源短缺和环境污染问题是实现可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的迫切需要。

从20世纪70年代末期，人们提出了利用光催化剂分解水中和大气中的农药以及恶臭物质等有机物，以及涂有光催化剂的固体表面的自我清洁等应用实例。光催化反应的原理是光催化剂在吸收了高于其带隙能量的光子后，生成了空穴和电子，这些空穴和电子分别进行氧化反应和还原反应，达到分解有害化学物质、有机生物质和杀菌的目的。光催化剂有许多种,其中最有代表性的是二氧化钛(TiO₂)，已经利用二氧化钛对水中和大气中的农药和恶臭物质等有机物进行分解，然而二氧化钛的带隙是3.2eV,只有在比400nm短的紫外线的照射下才能显现出活性，只能在室内或者有紫外灯的地方工作，几乎不能利用可见光，这大大的限制了二氧化钛光催化剂的使用。

考虑到光催化剂在分解有害物质中的实用性，利用太阳光作为光源是不可缺少的。照射向地表的太阳光中波长在500nm附近可见光的强度最大，波长为400nm~750nm的可见光区的能量大约是太阳光总能量的43%，所以为了高效的利用，铋系光催化剂的开发和研究已经取得了一系列重大的成果，三价铋的复合物如BiVO₄、Bi₂MoO₆、Bi₂Mo₂O₉、Bi₂Mo₃O₁₂和Bi₂WO₄被报道在可见光下具有良好的吸收。一系列铌（钽）酸盐光催化剂由于具有较高的光催化活性而被广泛研究。例如，铌酸盐光催化剂Pb₃Nb₄O₁₃、BiNbO₄和Bi₂MNbO₇（M=Al、Ga，In，Y，稀土元素和Fe）等和铌钾复合氧化物光催化剂如KNbO₃、KNb₃O₈、K₄Nb₆O₁₇和K₆Nb_10.6O₃₀等都具有较好的光催化性能,但是在可见光范围内其本征光催化效应很弱或没有活性。

虽然光催化研究已进行了若干年,目前对可见光响应的光催化剂的探索与开发大部分是通过大量实验而得出的经验总结,在理论上还无法从化合物的晶体结构、组成、分子量等理化性质上预测其光催化性能，因此目前报道的具有可见光响应的光催化剂种类仍很有限，并存在着光转换效率低、合成困难、稳定性差和光谱响应范围窄等问题,研究和开发新的制备方法简单并具有宽频可见光响应的高效光催化剂是本领域科技人员一直渴望解决但始终难以获得成功的难题，这在很大程度上限制了光催化剂的广泛应用与发展。我们对组成为Fe₂TiGe₃O₁₁、In₂TiGe₃O₁₁和Al₂TiGe₃O₁₁的样品进行了光催化性能研究。结果发现Fe₂TiGe₃O₁₁带隙宽度是2.63eV,具有优异的可见光响应的光催化性能；In₂TiGe₃O₁₁和Al₂TiGe₃O₁₁为绝缘体，在紫外线的照射下也不显现出活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有可见光响应的光催化剂Fe₂TiGe₃O₁₁及其制备方法。

本发明涉及的具有可见光响应的光催化剂的化学组成式为:Fe₂TiGe₃O₁₁。

上述可见光响应的光催化剂的制备方法具体步骤为：