[发明专利]介孔单晶结构Ta2O5微米立方块及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂——介孔单晶结构Ta₂O₅微米立方块及其制备方法。

背景技术

自二十世纪以来，人类工业文明发展迅猛，在创造了巨大财富的同时也带来了能源危机和环境污染问题。氢能因其燃烧值高、无污染，成为21世纪人类有关能源问题研究的最重要课题之一。与传统的制氢方式(化石资源重整制氢和电解水制氢)相比，光催化分解水制氢由于可以直接利用太阳能作为光源来驱动反应且不产生二次污染，而成为一种最为理想的氢能开发手段之一(Energy Environ.Sci.2012年，第5卷,第6732页；Energy Environ.Sci.2013年，第6卷，第1983页)。

Ta₂O₅不仅具有较高的光化学稳定性和较强的光激发电子还原能力，而且其独特的共顶角八面体(TaO₆)结构还有利于光催化过程中光生电子与空穴的迁移，致使其在光催化产氢领域具有较好的应用前景(Adv.Energy Mater.2014年，滴卷，第1400057页；J.Mater.Chem.2012年，第22卷，第24584页；Nanoscale,2012年，第4卷，第3867页)。而介孔Ta₂O₅在保留其固有优势的前提下，还具有增大催化剂的比表面积，增多反应活性位点和缩短传质路径等特点，因此，近年来针对Ta₂O₅介孔材料的研究也取得了一些进展(Chem.Mater.2001年,第13卷,第1194页；Chem.Mater.2008年,第20卷,第5361页；Catal.Commun.2012年，第25卷，第54页；Chem.Eng.J.,2013年，第229卷，第371页)。但是Ta₂O₅高结晶温度往往导致介孔结构在结晶过程中会被破坏，孔材料的低热稳定型限制了此类材料结晶度的提高。因此，目前已获得的Ta₂O₅介孔材料均为体相无定形或多晶结构，很难实现多孔性质与高结晶度的兼顾，限制了其光催化性能的进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种介孔单晶结构Ta₂O₅微米立方块及其制备方法，该介孔单晶结构Ta₂O₅微米立方块具有较好的光催化产氢性能，其制备方法具有合成简单，条件温和，重复性好及孔径可调的特点，且适用于赋予结晶温度较高的单晶材料介孔特性。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种介孔单晶结构Ta₂O₅微米立方块，其特征在于该微米立方块为单晶结构，内部具有尺寸为20-100nm介孔。

按上述方案，其为下述制备方法所得产物，包括有以下步骤：

1)在一定温度下，将组装的二氧化硅球模板浸泡在TaCl₅的浓盐酸溶液中，去除上层清液并水洗干燥后，经高温煅烧得到附有Ta₂O₅晶种的二氧化硅球模板；

2)将附有Ta₂O₅晶种的二氧化硅球模板在TaCl₅的浓盐酸与冰乙酸的混合溶液中充分搅拌后进行溶剂热反应，分离干燥煅烧，在碱液中去除二氧化硅球模板即得介孔单晶结构Ta₂O₅微米立方块。

所述的介孔单晶结构Ta₂O₅微米立方块的制备方法，其包括有以下步骤：

1)在一定温度下，将组装的二氧化硅球模板浸泡在TaCl₅的浓盐酸溶液中，去除上层清液并水洗干燥后，经高温煅烧得到附有Ta₂O₅晶种的二氧化硅球模板；

2)将附有Ta₂O₅晶种的二氧化硅球模板在TaCl₅的浓盐酸与冰乙酸的混合溶液中充分搅拌后进行溶剂热反应，分离干燥煅烧，在碱液中去除二氧化硅球模板即得介孔单晶结构Ta₂O₅微米立方块。

按上述方案，步骤1)中所述的二氧化硅球模板中的二氧化硅球的粒子尺寸为20-100nm。