[发明专利]一种蓝色层状Nb2

说明书

本发明提供了一种蓝色层状Nb₂O₅光催化剂的制备方法及应用，属于环境功能材料领域。所述蓝色层状Nb₂O₅光催化剂按下述方法制得：(1)将Nb₂C MXene置于管式炉中，空气气氛下热处理，冷却至室温得到白色层状Nb₂O₅；(2)在还原性气氛中，将白色层状Nb₂O₅继续热处理1～5h，冷却至室温，得到蓝色Nb₂O₅光催化剂。本发明所述方法制备的蓝色层状Nb₂O₅光催化剂具有明显的层状结构，可增大催化剂与气体污染物的接触面积；表面有丰富的氧空位，可拓展其光吸收区域，促进电荷分离和使电子局域化，具有较高的光催化去除NO效率。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，尤其是涉及一种蓝色层状Nb₂O₅光催化剂的制备方法及其在光催化去除NO中的应用。

背景技术

随着工业化和城市化进程的加快，空气污染已成为人类社会可持续发展面临的重要挑战。氮氧化物(NOx)是大气中的主要污染物之一，会引起缺氧、肺水肿和神经衰弱等身体疾病，并与光化学烟雾、酸雨、雾霾、臭氧层破坏等密切相关。NO为NOx的主要形态，在目前诸多NO去除方法中，光催化法具有设备简单、反应条件温和、能耗低、二次污染少等优点，成为研究的热点。

光催化剂是光催化处理NO技术的核心，主要为半导体或具有半导体性质的材料。传统的金属氧化物半导体如Nb₂O₅为白色颗粒，禁带宽度较大，可见光响应弱，且光生电子和空穴复合率高，导致对太阳光能利用率低。此外，用作光催化剂时，颗粒易堆积，影响催化活性位与反应气体接触。发明专利CN201911354599.8通过湿法化学处理手段，制备了蓝色的Nb₂O₅光催化剂，其能带结构发生改变，增强了对可见光和近红外光的吸收，提高了对太阳能的利用率。发明专利CN201310692528.5制备了氮掺杂棒状五氧化二铌光催化剂，具有大比表面积和较优长径比，有效抑制了光生电子和空穴复合，提高了催化剂的光能转换效率。因此，通过对Nb₂O₅光催化剂进行合理设计，改变其宏观构型和能带结构，可增强催化活性位与反应物接触，促进光生电子和空穴分离，提升光催化去除NO性能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种蓝色层状Nb₂O₅光催化剂的制备方法及应用，本发明的Nb₂O₅光催化剂通过氧化Nb₂C MXene制备，方法工艺简单，操作方便，易于规模化生产；Nb₂O₅光催化剂保持了MXene的层状结构，比表面积远高于传统粉体Nb₂O₅，有利于反应气体与活性位的充分接触；本发明的Nb₂O₅光催化剂为蓝色，在可见光区内有明显的吸光度，光生电子和空穴的复合被明显抑制；本发明的光催化剂具有较高的光催化去除NO转化率，在气体污染物治理领域具有良好的应用前景。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种蓝色层状Nb₂O₅光催化剂的制备方法，包括如下步骤：将Nb₂C MXene置于管式炉中，升温至400～700℃，空气中热处理1～10h，冷却至室温得到白色层状Nb₂O₅；在还原性气氛中将白色层状Nb₂O₅升温至400～700 ℃，继续热处理1～5h，冷却至室温，得到蓝色层状Nb₂O₅光催化剂。