[发明专利]具有对可见光高效吸收的光催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种具有对可见光高效吸收的光催化剂的制备方法，光催化剂包括Ta₃N₅，制备方法包括步骤：采用氨化‑煅烧两步法制得Ta₃N₅。此外，本发明还公开了一种具有对可见光高效吸收的光催化剂，该光催化剂采用上述的制备方法制得。另外，本发明还公开了一种上述的具有对可见光高效吸收的光催化剂的用途，其用于太阳能制氢。该光催化剂的制备工艺简单、制造成本低廉、所需要的制备条件较为简单，因而易于工业化。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体地，涉及一种光催化剂及其制备方法和用途。尤其是涉及一种具有可见光吸收能力的Ta₃N₅的制备方法。

背景技术

在诸多太阳能制氢的技术方法中，悬浮体系太阳能光催化制氢的方式，由于其可以将太阳能一步转换为氢能，受到了科学界的广泛关注。同时，悬浮体系太阳能光催化制氢还具有制造成本低，反应体系简单以及易于规模化的特点，因而，也引起了工业界的一些重视。

但是，悬浮体系太阳能光催化制氢在走向工业化时，却受制于其转化效率，因而制约了其进一步的工业化发展，而转化效率与诸多因素例如光吸收效率密切相关。

基于此，开发具有宽光谱响应的催化剂，成为提高光催化效率的重要手段之一。其中，Ta₃N₅具备吸收可见光的能力，是一种非常具有潜力的光催化剂，在光催化中应用广泛。然而，Ta₃N₅的合成方法较为单一，目前，只有采用高温氨化法，即在纯氨气氛下，经过较长时间的高温煅烧过程，将Ta₂O₅或金属钽粉氮化为Ta₃N₅。

但是，需要指出的是，上述制备方法中存在着较多缺陷，例如：反应条件苛刻，反应条件难以控制，或是煅烧时间过长易导致催化剂烧结严重等问题。

通过对文献和专利的检索，与光催化剂相关的专利及文献例如：公开号为CN110963471A，公开日为2020年4月7日，名称为“一种熔盐离子交换式一步法合成Ta₃N₅的方法”的中国专利文献公开了一种熔盐离子交换式一步法合成Ta₃N₅的方法。在该专利文献所公开的技术方案中，提出了一种新型的制备方法用以克服传统方法的不足，但是该制备方法需要真空封管工艺，对于设备及实验操作均有较高要求，且其所采用的原料中引入了氮化镁，因而，增加了合成Ta₃N₅的成本。

又例如：公开号为CN104815655A，公开日为2015年8月5日，名称为“可见光响应的等离子光催化剂及其制备方法”的中国专利文献公开了一种可见光响应的等离子光催化剂。在该专利文献所公开的技术方案中，其获得的光催化剂为纳米金嵌入五氮化三钽等离子光催化剂。

基于此，期望获得一种光催化剂，该光催化剂的制备工艺简单、制造成本低廉、所需要的制备条件较为简单，因而易于工业化。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有对可见光高效吸收的光催化剂及其制备方法和用途。

为了实现上述目的，本发明提出了一种具有对可见光高效吸收的光催化剂的制备方法，光催化剂包括Ta₃N₅，制备方法包括步骤：采用氨化-煅烧两步法制得Ta₃N₅。

优选地，在本发明所述的制备方法中，氨化-煅烧两步法，包括如下步骤：

氨化步骤：将氮源与钽源混合均匀后密封进行氨化处理，得到复合产物；