[发明专利]一种铌酸盐基光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机光催化剂及其制备方法，特别是一种铌酸盐基光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工业的不断发展，各种自然资源的破坏，环境污染日益严重，成为威胁人类生存的一个严重问题。广大的科学工作者展开了一系列治理污染、保护环境的研究。自从1972年日本学者Fujishima和Honda发现TiO₂可以光降解水以来，光催化剂作为一种可以解决能源危机和环境污染的一种潜在的关键技术而日益受到人们的关注。在过去20年中，研究者除了对TiO₂的改性之外，还致力于研究新型有效的光催化剂，如氧化物、硫化物、氧硫化物、氮化物、氮氧化物等。

高效的光催化反应可以利用太阳能直接分解水、环境中的有害有毒物质。光催化的机理就是半导体在光的激发下，电子从价带跃迁至导带，在价带上留下光生空穴，导带上形成光生电子；所产生的光生载流子在扩散等作用下到达半导体的表面，与催化剂表面吸附的氧气，水或污染物等作用。因为电子-空穴对的还原和氧化能力，它们可以直接和污染物反应，或者还可以使水分子或氧气激发成羟基及超氧自由基等具有强氧化性能的自由基，降解环境中的有机污染物，将它们分解成无害的小分子、二氧化碳、水等，不会造成二次污染。目前，应用最广的光催化材料属于宽紧带n型半导体材料，如TiO₂、ZnO、ZnS等，其中以TiO₂的使用最广泛。但是TiO₂经光照射后产生的光电子与空穴容易重新复合，从而失去活性，造成其光催化效率低，不超过28％。光催化研究的关键问题之一是开发研究具有可见光响应的光催化材料。目前研究者通过对光催化材料的一系列改性，掺杂、复合等手段拓宽可见光的响应，或者寻找其他新兴的光催化材料。

铌元素与其紧邻的元素(V、Zr、Mo)在电负性和离子半径等方面相差不大，但有趣的是，铌化合物的催化行为与周围元素的化合物非常不同。铌的化合物的特性是它具有促进剂和载体的作用。铌酸盐及含铌化合物在酸性条件的催化反应中，表现出很好的催化活性、选择性和稳定性，可以有效地去除工业废气和汽车尾气中的氮氧化物以及降解有机印染废水；而在紫外光或可见光的照射下，一些铌酸盐可完全分解水放出氢气和氧气，从而给人们研发绿色能源技术开辟了一条新途径。

发明内容

本发明的目的是要提供一种制备方法简单、对许多有机污染物的可见光催化降解性能优良的铌酸盐基光催化剂及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：本发明包括铌酸盐基光催化剂和铌酸盐基光催化剂制备方法。

所述的铌酸盐基光催化剂，铌酸盐基光催化剂，化学式为Sr₃CoNb₂O₉；其中，按Sr₃CoNb₂O₉的化学计量比，分别称取含Sr²⁺、Co²⁺/Co³⁺和Nb⁵⁺的化合物；含锶的化合物为SrCO₃和Sr(NO₃)₂中的一种；含有钴离子的化合物为CoCO₃、Co(NO₃)₂·6H₂O、Co₃O₄中的一种；含铌的化合物为Nb₂O₅和Nb(OH)₅中的一种。Sr₃CoNb₂O₉的质量百分比为各个元素的物质的量比乘以各自的摩尔质量获得。

铌酸盐基光催化剂制备方法为：固相制备法，制备成不规则颗粒状或者球状颗粒。

所述的铌酸盐光催化剂的固相制备方法，步骤如下：

(1)按照化学式Sr₃CoNb₂O₉的计量比，分别称取含Sr²⁺、Co²⁺和Nb⁵⁺的化合物，化合物的质量百分比为各个元素的物质的量比乘以各自的摩尔质量获得；在研钵中充分研磨，混合均匀；

(2)将步骤(1)称取并研磨均匀的混合物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为650～850℃，煅烧时间为3～8小时；