[发明专利]原位非金属元素与稀土元素共掺杂钛酸锶催化剂及其制备方法和应用

说明书

本申请提供一种原位非金属元素与稀土元素共掺杂钛酸锶催化剂及其制备方法和应用。原位非金属元素与稀土元素共掺杂钛酸锶催化剂，其通式为：Sr_1‑yRE_yTiO_3‑iX_i。其制备方法包括：将含有元素X的含钛化合物和氧化剂进行第一反应得到第一反应前驱物；将含锶物料和第一反应前驱物进行第二反应得到第二反应前驱物；将第二反应前驱物和含元素RE物料进行第三反应，然后调节体系pH至碱性，得到第三反应前驱物；将第三反应前驱物进行溶剂热反应，后处理得到原位非金属元素与稀土元素共掺杂钛酸锶催化剂。本申请提供的原位非金属元素与稀土元素共掺杂钛酸锶催化剂，具有较强的可见‑近红外光吸收率和较好的紫外可见光激发催化效果。

技术领域

本申请涉及光催化化学领域，尤其涉及一种原位非金属元素与稀土元素共掺杂钛酸锶催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿型SrTiO₃是一种高活性、高稳定性、无毒、低成本的半导体光催化剂，SrTiO₃的禁带宽度约为3.2eV，只能吸收太阳光紫外光区的光，而这部分光只占太阳光的4％左右。因此，如何扩展SrTiO₃的吸收光区至可见光区是研究者关注的重要目标，掺杂改性SrTiO₃是实现这一途径的主要方法。常用的掺杂改性方法主要有以下几种：非金属掺杂法、金属掺杂法、非金属与金属共掺杂、贵金属沉积法以及染料敏化法等。其中，非金属与金属共掺杂是一种非常有效的手段。

目前有关非金属元素与稀土元素共掺杂SrTiO₃研究报道较少，而这其中有效的非金属元素掺杂引入是难点，主要存在的问题包括，原料价格过高且反应不易控制，尤其是存在非金属元素掺杂浓度低，非金属元素难以进入SrTiO₃晶格，掺杂后体系稳定性差，还存在反应温度高及条件苛刻等问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种原位非金属元素与稀土元素共掺杂钛酸锶催化剂及其制备方法和应用，以解决上述问题。

为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：

一种原位非金属元素与稀土元素共掺杂钛酸锶催化剂，其通式为：Sr_1-yRE_yTiO_3-iX_i；

其中，RE包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇和钪中的一种或多种；X包括硼、碳、氮、氟、磷和硫中的一种或多种；0＜y＜1，0＜i＜3。

本申请还提供一种所述的原位非金属元素与稀土元素共掺杂钛酸锶催化剂的制备方法，包括：

将含有元素X的含钛化合物和氧化剂进行第一反应得到第一反应前驱物；

将含锶物料和所述第一反应前驱物进行第二反应得到第二反应前驱物；

将所述第二反应前驱物和含元素RE物料进行第三反应，然后调节体系pH至碱性，得到第三反应前驱物；

将所述第三反应前驱物进行溶剂热反应，后处理得到所述原位非金属元素与稀土元素共掺杂钛酸锶催化剂。

优选地，所述含有元素X的含钛化合物包括TiB₂、TiC、Ti₃C₂、TiN、Ti₂N₂、Ti₃N₄、TiF₃、TiP和TiS₂中的一种或多种；