[发明专利]通过调控禁带宽度增强铁电材料可见光催化性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及增强铁电材料可见光催化性能的方法，尤其是涉及一种通过调控禁带宽度增强铁电材料可见光催化性能的方法。

背景技术

以光能驱动的半导体光催化技术被认为是解决目前全球性环境恶化和能源危机最具潜力的手段之一。光催化技术是利用光响应材料吸收太阳光来产生电子-空穴对，从而与外界产生氧化-还原反应。虽然铁电材料中的自发极化可促使材料内部形成统一的内电场，能够有效分离光生电子和空穴，减少光催化反应过程中的电子与空穴的复合率，从而提高光催化性能。但是，目前这些铁电光催化材料的太阳能转化效率还比较低，主要是由于其内在的宽带隙结构，使其对太阳能的利用率低下，极大地制约了其实际应用。紫外光在太阳光能中所占比例不到5％，而可见光占比高达45％，若在可见光催化性能方面取得突破，对解决环境和能源问题具有重要意义。目前，调控铁电材料禁带宽度的报道大都局限于制备窄带隙铁电新化合物和复合材料，对于已知铁电材料中禁带宽度的调控手段极其缺乏。而新化合物的制备具有不可控性和不可预知性，又由于复合材料的制备工艺复杂且可控性差，从技术的角度上来说，通过简单直接的方式调节已知铁电材料的禁带宽度是解决材料光吸收问题的重要手段。因此，寻找一种有效的方法来调控已知铁电材料的禁带宽度，从而提升材料的可见光催化性能，对铁电光催化材料的实际运用和理论研究十分有意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通过调控禁带宽度增强铁电材料可见光催化性能的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种通过调控禁带宽度增强铁电材料可见光催化性能的方法，采用高温-真空金属还原的方法来制备黑色铁电材料粉体，通过在材料表面引入氧空位来调节铁电材料的禁带宽度，使得材料的光吸收范围得到有效扩展，从而增加光生载流子浓度，达到提升材料可见光催化性能的目的。

具体包括以下步骤：

1)将纯净的铁电材料粉末均匀铺在坩埚中，形成厚度小于1mm的粉体薄层；

2)另取金属粉末，置于若干坩埚中；

3)将步骤1)和步骤2)所述坩埚移至管式炉中，步骤1)所述坩埚置于管式炉中心位置，步骤2)所述坩埚环绕放置于步骤1)所述坩埚的四周；

4)将管式炉抽真空至-0.1MPa以下，关闭阀门使管式炉内形成独立的封闭体系；

5)设置程序升温至600～900℃，真空条件下煅烧6～24h；

6)将上述混合物淬火至室温，铁电材料得到黑化，即可以观察到铁电材料的颜色变为黑色；

7)将上述铁电材料清洗后，并超声处理，干燥处理，收集黑化后的铁电材料粉末，黑化后的铁电材料粉末可见光催化性能有显著提升。

所述的铁电材料为具有光催化活性的铁电粉体材料。

所述的坩埚为在还原气氛下稳定的坩埚，选自瓷坩埚、白金坩埚、石墨坩埚或刚玉坩埚中的一种或几种的组合。

所述的金属粉末为具有还原活性的金属材料。

所述的金属粉末包括碱金属、碱土金属以及铝金属粉末。

所述的铁电材料粉末均匀铺在坩埚中的添加量为：每个10mL坩埚中添加0.5～1g铁电材料粉末。

所述的金属粉末在坩埚中添加量为：每个10mL坩埚中添加2～5g金属粉末。

步骤7)中铁电材料用乙醇或丙酮清洗多遍，并在超声波振荡器中进行超声处理，过滤后烘干处理。烘干的条件为55～65℃环境下干燥15min以上。

本发明方法制得的黑化铁电材料的可见光催化性能较未黑化样品有显著提高，为铁电材料可见光催化性能的提升提供了一种新的备选方法。