[发明专利]一种新型的铌酸铋钙钠光催化材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外光响应的新型铌酸铋钙钠光催化材料CaNa₂Bi₂Nb₄O₁₅及其制备方法，属于无机光催化材料领域。

背景技术

随着现代社会经济和工业技术的发展，人们逐渐对传统能源的枯竭、环境污染问题提高重视，解决这些问题是实现社会可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的需要。光催化氧化技术作为高级氧化技术的一种，由于其具有环境友好，能有效去除环境中尤其是废水中的污染物而且耗能较少，无二次污染等优点受到众多研究者的青睐。

自从第一篇TiO₂光解水的文章发表以来，TiO₂作为一种典型的光催化材料而受到人们的广泛关注，TiO₂因具有对化学和生物的惰性、无毒性、高稳定性和低成本等优点，被认为是最有潜在应用价值的半导体光催化剂。但是TiO₂的两个固有缺陷限制了它的实际应用：(1)TiO₂的带隙较宽，太阳光利用率低，只能被波长小于386.5纳米的紫外光有效激发；(2)TiO₂中光激发产生的电子与空穴非常容易复合，导致其光量子效率极低。除了对TiO₂进行改性研究外，人们也以极大的热情开始关注新半导体材料的开发。

研究发现，一系列铌（钽）酸盐光催化剂由于具有较高的光催化活性而被广泛研究。例如，铌酸盐光催化剂BiNbO₄、Bi₂MNbO₇（M=Al、Ga，In，Y，稀土元素和Fe）、KNbO₃、KNb₃O₈、K₄Nb₆O₁₇等，都具有较好的光催化性能。另外，很多含Bi元素的氧化物研究发现具有较高的光催化活性，其中Bi₂O₃就是一种重要的半导体光催化材料，它的禁带宽度为2.8eV，具有可见光吸收能力。众所周知，光催化剂的活性与光生电荷的迁移率以及催化剂中导带和价带的位置密切相关。金属氧化物光催化剂中，价带顶通常由O2p道构成。然而，含有Bi元素的材料的价带大部分由O2p和Bi6s混合轨道组成，而导带由Bi6p轨道组成。Bi6s电子的分散程度很大，形成的较宽的价带可以增加光生电荷的迁移率。三价铋的复合物诸如Bi₂MoO₆、Bi₂Mo₃O₁₂、BiVO₄和Bi₂WO₄也被报道均具有较好的光催化性能。中国专利CN103877967A公开了一种可见光响应的光催化剂Li₃Nb₃Bi₂O₁₂及其制备方法，该材料稳定性较好，具有良好的应用前景；又如中国专利CN101362084A报道了一种纳米光催化材料Bi₃NbO₇，其光催化活性较高。

在此基础上，我们对铌酸铋钙钠CaNa₂Bi₂Nb₄O₁₅材料的光催化活性进行了研究，发现该化合物具有优异的紫外光响应光催化性能，且均未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紫外光响应的铌酸铋钙钠CaNa₂Bi₂Nb₄O₁₅光催化材料的制备方法及应用。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种紫外光响应的铌酸铋钙钠光催化材料的应用，所述铌酸铋钙钠的化学组成通式为：CaNa₂Bi₂Nb₄O₁₅。

第一种如上所述的紫外光响应的铌酸铋钙钠光催化材料的制备方法，采用高温固相法制备得到粉体，包括以下步骤：

（1）将99.9%分析纯级别的含钙元素，钠元素，铋元素，铌元素的化学原料按CaNa₂Bi₂Nb₄O₁₅化学式称量配料，在玛瑙研钵中研磨，均匀混合化学原料；