[发明专利]一种Ta

说明书

本发明属于无机纳米材料领域，公开了一种Ta₃N₅纳米粒子杂化TiO₂空心球复合光催化剂的制备方法，可用于水体污染处理,制备步骤如下：先将得到的TiO₂空心球均匀分散在无水乙醇中，再向其中超声混入Ta₃N₅纳米粒子，最后采用水热法一步合成Ta₃N₅纳米粒子杂化TiO₂空心球复合材料。本发明制备的Ta₃N₅/TiO₂复合光催化剂可应用于太阳光下催化氧化降解抗生素左氧氟沙星。所得的Ta₃N₅/TiO₂复合材料具有优异的光捕获能力，同时，得益于匹配的带隙所构建的杂化异质结，有效提升了光生电子‑空穴的分离速率，抑制了光生载流子的复合，提高了量子效率，同时也增强了Ta₃N₅粒子的光稳定性，最终显著的增强了催化剂的光催化活性。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，涉及一种具有高效催化性能的Ta₃N₅纳米粒子杂化TiO₂空心球复合光催化剂的制备及其在环境治理领域的应用。

背景技术

随着人类社会的快速发展，水污染问题已成为制约人类生存和进步的首要问题；而基于半导体材料的光催化氧化降解技术，由于其所具有的高效、洁净、环境友好，无害等巨大优势受到人们广泛的关注，这符合可持续发展的长远需要，具有诱人的发展前景。因而，开发出具有高催化活性的光催化剂成为当前的研究热点。优质的TiO₂半导体材料在室温下的化学性质比其它金属氧化物稳定，且无毒、价廉，对消除空气和水中的污染物有高效的光催化活性，被认为是最理想的光催化剂。然而，单一的TiO₂材料，禁带较宽(3.2eV)，只能被紫外光(仅占太阳光的3-5％)所激发，同时，由于其光生载流子的复合速率较高，导致量子效率较低，限制了其工业化发展。针对这些问题，经研究发现结合形貌设计和与其它半导体催化剂复合是一种很好的解决之道。

Ta₃N₅，由于其结构中所含的Ta-N键和与贵金属相似的导电性，使其具备优异的热稳定性，机械强度，导电性能及催化性能，是一种很有应用前途的材料。同时由于其禁带宽度较窄(2.1eV),化学稳定性良好，在可见光区域具有较强的吸收能力，被认为是一种理想的可见光催化剂。然而，较高的光生电子-空穴复合效率和光腐蚀性遏制了它在光催化领域的快速发展。

为了达成构建高效宽光谱响应型光催化剂的目标，一方面控制合成TiO₂空心球结构，提高比表面积，并拓宽光吸收范围，提高可见光吸收率；另一方面，结合上述两种材料的优势以及相匹配的带隙位置，构建杂化异质结，实现光生电子在不同能级间的高效传输，达到有效抑制光生载流子复合的目的，从而大幅度提高光催化活性。故而本发明提供了一种Ta₃N₅纳米粒子杂化TiO₂空心球复合光催化剂的制备方法，并研究其进行太阳光光催化降解效率。经过查证，并没有关于Ta₃N₅纳米粒子与TiO₂空心球杂化物的报道，故Ta₃N₅纳米粒子杂化 TiO₂空心球复合物是一种新型的光催化剂。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种新型Ta₃N₅纳米粒子杂化TiO₂空心球复合光催化剂的制备方法，该方法通过水热法将Ta₃N₅纳米粒子与TiO₂空心球,具体步骤如下：