[发明专利]一种钛基钙钛矿催化剂、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种钛基钙钛矿催化剂、其制备方法及应用，属于环境纳米材料光催化技术领域。所述钛基钙钛矿催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1：按照摩尔比为1:3:4，分别精确称量钙源、铜源和钛源，混合后，研磨至无颗粒，得到第一混合物，然后加入无机盐，继续研磨至无颗粒，得到第二混合物；步骤2：将第二混合物高温煅烧后，再降温，洗涤，离心，烘干，研磨至无颗粒，即得到所述钛基钙钛矿催化剂。本发明还公开了一种钛基钙钛矿催化剂在光催化领域的应用。本发明制备得到的钛基钙钛矿催化剂，既含双缺陷，又含共暴露晶面，为独特的八面体形貌。这种晶面的调控和缺陷分布研究为合成无机晶体光催化材料微观结构调控提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及一种钛基钙钛矿催化剂、其制备方法及应用，属于环境纳米材料光催化技术领域。

背景技术

在光催化过程中，有两个尚未解决的国际性难题，即如何拓展材料对太阳光的吸收范围和如何快速有效实现载流子分离。自从2011年Chen等研究者提出含缺陷的二氧化钛，缺陷化学及其在材料性能提高方面的优势引起广泛研究热点。材料中缺陷的存在直接改变光吸收范围、原子排布和杂质能级的形成，影响电荷分布和电子结构，从而直接改变了材料围观结构，既可以拓展对可见光吸收范围又促使了载流子迁移率和快速分离，从而提高了光转换效率。很多具有氧空位的催化剂，如WO₃、TiO₂、Bi₂MoO₆、BiOX(X＝Cl，Br)等已确证缺陷化学通过拓展光响应和实现载流子分离，因而具有提高光转换效率的作用。纳米材料表面缺陷类型具有多样性，如金属空位或非金属空位、表面原子失配、表面缺陷或体相缺陷、表面原子层错、表面空位或复合空位、非晶化等，这些缺陷直接影响了材料的光电性能、能带组成、表面原子排布、光吸收或激发、光生电子空穴的激发、迁移和复合的过程，最终直接影响了材料的应用。虽然经过缺陷化学成功实现了光生电子和空穴有效分离，但是在体相中的缺陷很容易变成电子空穴复合中心，降低了载流子迁移速率和分离，最终降低催化活性。除了光吸收范围，电子-空穴分离是最关键的步骤，而且载流子分离和表面光诱导的光催化还原和光催化氧化反应紧密相关，这些表面反应与缺陷的种类、分布相关，而在未进行掺杂的条件下良好控制缺陷种类(表面会体相)和分布是实现载流子快速分离的有效方法。

表面化学，尤其是晶面工程由于在不同晶面上存在光生电子和空穴的空间分离，很大程度上抑制了载流子复合，实现载流子连续传输等特点引起注意。晶面工程在光催化过程中最突出优点是不同晶面由电子构型、原子排布差异形成异质面，既有利于载流子连续传输又可以实现电子和空穴空间上的分离。含独特微观结构如含缺陷或暴露面的钛基钙钛矿催化剂中上述两种调控方法的协调作用有可能会实现光催化领域所面临的巨大挑战，有可能实现催化剂材料对太阳光的充分吸收和载流子的快速有效分离。鉴于此，有必要提供一种钛基钙钛矿型催化剂、其制备方法及应用，以解决现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的之一，是提供一种钛基钙钛矿催化剂的制备方法。本发明在相对低温环境下，采用环保易得的原料，经过简单的操作，一步熔盐法制备出高纯度和高产率的含双缺陷共暴露晶面的双钙钛矿型催化剂，在无机化合物微观结构和特殊表界面控制上具有潜在的发展空间，从此无机化合物的维度调控和晶面可控不再局限于高毒性的氟化氢，同时也可以扩展到其它金属氧化物或相关复合纳米材料的制备领域中。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种钛基钙钛矿催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按照摩尔比为1:3:4，分别精确称量钙源、铜源和钛源，将称量的钙源研磨至无颗粒感，得到钙源粉末；将称量的铜源研磨至无颗粒感，然后加入到上述钙源粉末中，混合均匀后，继续研磨至无颗粒感，得到钙源粉末和铜源粉末的混合物；将称量的钛源研磨至无颗粒感，然后加入到上述钙源粉末和铜源粉末的混合物中，混合均匀后，继续研磨至无颗粒感，得到第一混合物；然后加入无机盐，继续研磨至无颗粒感，得到第二混合物；

步骤2：将步骤1得到的第二混合物，高温煅烧后，再降温，研磨至无颗粒，洗涤，离心，烘干，再研磨至无颗粒，即得到所述钛基钙钛矿催化剂。