[发明专利]一种掺氮层状氧化物、制备方法及应用

说明书

本发明涉及材料合成及可再生清洁能源利用技术领域，具体为一种掺氮层状氧化物、制备方法及应用。该方法通过制备第一前驱体，所述第一前驱体为AMsubgt;2/subgt;Tasubgt;3/subgt;Osubgt;10/subgt;或ARTasubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;；然后，对第一前驱体进行熔融盐处理，制备第二前驱体；最后，将第二前驱体进行熔盐辅助、高温氮化制备得到掺氮层状氧化物。该掺氮层状氧化物可以减少中心原子低价缺陷，提高其作为光催化剂时分解水的活性。解决现有技术中存在的层状掺氮化合物由于低价金属元素缺陷，导致的光催化剂分解水的活性低的问题。

技术领域

本发明涉及材料合成及可再生清洁能源利用技术领域，具体为一种掺氮层状氧化物、制备方法及应用。

背景技术

由于大量化石燃料的使用造成了能源消耗和环境问题不断增加，通过光催化技术将水分解为氢气和氧气是解决未来化石燃料短缺和减少化石燃料消耗相关的环境污染的最重要的方法之一。

传统的金属氧化物导带主要由金属阳离子空的d轨道或者sp轨道构成，价带主要由O 2p轨道构成，大致在3.0eV左右(vs.NHE,pH＝0)。一般金属氧化物带隙比较宽，只能吸收紫外光。考虑到太阳光谱中可见光占比43％，紫外光占比4％，采用有效策略拓展已知材料的吸收光谱或者合成新型可见光响应的光催化剂大有裨益。目前研究较多的是通过引入电负性比氧元素更低的元素掺杂或者参与化合物构成，使价带升高，带隙变窄，进而拓展催化剂吸收范围。

2001年，R.Asahi教授课题组报道了首例具有可见光响应的氮掺杂TiO₂光催化材料，此后围绕氮掺杂金属氧化物体系人们进行了很多探索。然而，采用传统高温氮化的方法获得的氮掺杂材料往往掺杂含量低且主要分布于材料表层，表现出肩膀状吸收。如何在空间上均匀掺杂氮原子，使材料吸收光谱整体红移受到了人们的特别关注。近年来有课题组通过对层状或者隧道状化合物进行氮掺杂处理，其吸收光谱得到了明显的拓展，主要是由于层状或者隧道状结构有利于氨气的扩散，增加了氧化物与氨气的接触面积，有效提高了掺杂氮原子的含量。基于这样的指导思想，Cs_0.68Ti_1.83O_4-xN、CsCa₂Ta₃O_10-xN_x、Sr₅Ta₄O_15-xN_x等一系列掺氮材料被陆续开发，其均有良好的可见光吸收，多数具有质子还原与水氧化反应活性。

除了氮掺杂层状化合物外，层状氧氮化合物也被认为是有潜力的光催化材料。

但是，现有技术中的掺氮层状氧化物，由于在氮化过程中产生大量的低价金属元素缺陷，容易导致光催化剂分解水的活性低，而限制掺氮层状氧化物作为。

发明内容

针对现有技术中存在的层状掺氮化合物由于低价金属元素缺陷，导致的光催化剂分解水的活性低的问题，本发明提供一种掺氮层状氧化物、制备方法及应用。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明一种掺氮层状氧化物制备方法，包括以下步骤：

步骤1)制备第一前驱体，所述第一前驱体为AM₂Ta₃O₁₀或ARTa₂O₇；其中，A为Cs或Rb，M为Ca、Sr或Ba，R为La或Y；

步骤2)对第一前驱体进行熔融盐处理，制备第二前驱体；

步骤3)将第二前驱体采用熔盐辅助、高温氮化的方法制备得到掺氮层状氧化物。

优选地，步骤1)中，制备第一前驱体的方法为溶胶凝胶法或高温固相法。