[发明专利]一种具有表面台阶的铌系光催化材料制备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光催化材料制备和应用领域，尤其是一种具有表面台阶的铌系光催化材料的制备及应用。 

背景技术

由于半导体催化剂具有分解水制氢、降解有机污染物和还原CO2为碳氢化合物的能力，因此应用太阳光的催化技术来解决能源和环境问题在学术界和产业界引起了广泛地关注。特别是近年来，随着室内空气污染越来越严重，许多研究者将光催化技术应用到环境净化领域上。其研究始于上世纪70年代后期，Bard等人利用TiO₂催化剂，在紫外光照射下降解多氯联苯和氰化物等有机物获得了成功。紧接着这一研究被应用于环境治理，在环境污染中有机类污染物最多，例如：烃、烯、醇、酮、醛、氨芳香族；卤代族、杂环化合物，有机酸、有机复合物(包括微生物和菌类)；涂料、粘结剂，油漆、胶合板、地板带、壁纸和甲醛、甲苯等；有机氯化物和部分染料、表面活性剂、农药等，它们都可以利用TiO₂光催化剂在光照条件下分解为无毒的CO₂、H₂O和无害的有机酸。与传统的处理方法相比，光催化氧化法降解有机污染物具有能耗低、操作简便、反应条件温和及二次污染较少等优点。 

无论是光催化分解水制备清洁的氢能源还是光催化降解有机污染物，其核心技术都是开发具有高量子转换效率的光催化材料。目前，二氧化钛为主要的研究对象，但其在广泛的工业利用方面受到了制约。主要存在的问题是太阳能利用率低。由于二氧化钛的光学带隙为3.2eV，只有对低于400nm波长的光才有响应，即只对紫外光吸收，对可见光没有吸收。又因为紫外光只占到太阳光谱中的4％，可见光占太阳光谱的43％，所以，太阳能利用率很低。因此，寻找具有可见光响应的高量子转换效率的光催化材料，成为了目前光催化领域的研究热点，这一关键问题的解决是光催化技术得以产业化应用的前提条件。 

半导体光催化有机物降解原理如下：(1)在光照射下产生电子-空穴对。(2)光生电子空穴对，在半导体光催化材料表面或体内发生复合。(3)半导体光催化材料表面的光生电子与吸附的O₂发生e^-+O₂→·O₂^-反应，产生的·O₂^-会继续发生·O₂^-+H⁺→·HO₂反应。光生空穴会与表面的有机物分子或吸附的OH^-发生反应生成·OH、HO₂^-、H₂O₂等具有氧化能力的物质，其中羟基自由基具有仅次于氟原子的第二强氧化能力，几乎可以氧化所有的有机物。最终产生CO₂和H₂O，实现有机物的矿化。 

可见，光生电子-空穴对的复合和光催化反应是相互竞争和抑制的关系。因此，如何抑制光生电子-空穴的复合对提高光催化材料性能具有非常重要的意义。利用肖特基结在光催化剂表面担载贵金属可以提高光催化材料的电子和空穴分离。此外，光催化反应在材料表面进行，表面微观结构对光催化性能具有重要的影响，例如，在La掺杂NaTaO₃后，表面形成的纳米台阶促进了电子-空穴对有效的分离，因此，提高了光催化分解水的性能。本发明结合Pt担载和纳米台阶的方法，提供了一种具有表面台阶结构的Pt担载氮掺杂NaNbO₃(Pt-NaNbO_3-xN_x)光催化材料的制备技术。 

发明内容

本发明提供了一种具有表面台阶结构的铌系光催化材料Pt-NaNbO_3-xN_x的制备及负载的方法。 

1、铌系光催化材料Pt-NaNbO_3-xN_x的制备方法，具体步骤如下：