[发明专利]一种纳米光催化材料及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种纳米光催化材料及其制备方法、应用，涉及光催化技术领域。具体而言，提出了一种铈/氮掺杂型钛酸锶，分子式为Cesubgt;x/subgt;Srsubgt;1‑x/subgt;TiOsubgt;3‑y/subgt;Nsubgt;y/subgt;；通过将钛源、锶源、铈源和氮源混合，加入矿化剂，进行溶剂热反应并得到纳米光催化剂。在本发明通过铈、氮改性钛酸锶，使禁带宽度减小至2.45eV，将太阳光吸收范围拓宽至可见光区域，有效的提高太阳光利用率；同时，掺杂进入基体的铈、氮离子有效地抑制了光生载流子与空穴的再复合，提高载流子的寿命，有效的提高了光催化析氢的速率，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体而言，涉及一种纳米光催化材料及其制备方法、应用。

背景技术

氢能在已知的燃料中是能量密度最高的能源，燃烧后无任何污染物，是公认为的清洁可再生能源。目前，工业使用的氢气大部分来自于天然气、煤炭、石油等化石能源，只有4％来自于电解水。地球上水资源丰富，富含大量的氢离子，因此，合理利用水资源制氢具有重要意义；同时，太阳能(光能)是一种可再生能源，如果能利用太阳能和水资源产氢，将实现“无中生有”的能源密码。

利用光能发生化学反应需要光触媒，即光催化材料；世界上能用于光催化的材料有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物/硫化物半导体，其中，二氧化钛(TiO₂)因氧化能力强、性质稳定无毒害而成为目前应用最广泛的光触媒，而钛酸锶(SrTiO₃)以其稳定的晶体结构和良好的抗腐蚀性，作为一种有潜力的光催化剂得到研究人员的大量研究并取得较大的进展。SrTiO₃有着与TiO₂相仿的禁带宽度，约为3.2eV，主要吸收紫外光，对可见光区基本不吸收。然而，太阳光中紫外光区域只占5％，可见光区大约占50％，这限制了SrTiO₃吸收太阳光子的有效速率。而钙钛矿型氧化物SrTiO₃，由于其自身结构的柔韧性，在掺杂过后仍可以保持自身结构不变；掺杂改性过后的SrTiO₃，带隙有所减小，光吸收范围可拓宽至可见光区。现有技术中也存在有对钙钛矿型SrTiO₃进行掺杂改性的方案，但改性后催化效率不高，空穴和电子再复合较高，整体情况下对太阳光能利用率不高。同时，存在重复性较差，循环稳定性不足，掺杂后体系稳定性差、反应条件苛刻等缺陷。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种纳米光催化材料，通过铈、氮改性钛酸锶以解决现有技术中钛酸锶作为光催化剂的技术缺陷。

本发明的第二目的在于提供一种所述的纳米光催化材料的制备方法，该方法具有过程操作简单，可用于大规模生产，对环境无毒害、无污染，且兼具低成本、实用和安全性高等优点。

本发明的第三目的在于提供一种所述的纳米光催化材料的应用，主要是在光催化水制备氢气中的用途。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种纳米光催化剂，其分子式为：Ce_xSr_1-xTiO_3-yN_y；其中，0.02≤x≤0.025，0.001≤y≤0.0015。

优选地，x＝0.022，y＝0.0012；此时所述纳米光催化剂的分子式为Ce_0.022Sr_0.978TiO_2.9988N_0.0012。

优选地，所述纳米光催化剂为立方相钙钛矿结构，且粒径为100nm～200nm。

所述的纳米光催化剂的制备方法包括如下步骤：将钛源、锶源、铈源和氮源混合，加入矿化剂，进行溶剂热反应，得到纳米光催化剂。