[发明专利]一种具有可见光响应的Co0.8Ni0.2Ta2O6光催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有可见光响应的Co_0.8Ni_0.2Ta₂O₆光催化剂及其制备方法与应用，属于无机光催化材料领域。

背景技术

随着石油、天然气等化石能源的枯竭，全球环境污染问题的日益严重，新能源开发和环境污染治理成为当前科学研究的热点话题，人们急切需要开发新能源及成本低的绿色环保的环境污染物处理技术，而光催化材料在光解水制氢开发新能源及污水处理领域都展现出了广泛的应用前景。在各类光解水催化剂中，钙钛矿型半导体钽酸盐是效率最高的一类，这是由于钽酸盐特殊的能带结构更易在紫外光照射下产生光生电子和空穴，且其晶格是由TaO₆八面体相互连接而成的钙钛矿型结构，利于光生载体的电荷分离和迁移。然而钽酸盐的禁带宽度通常都大于3.3eV，很难在可见光激发下产生光生电子，而在太阳光中仅含有约4％的紫外光，可见光约占45％，因此开发对可见光响应的光催化材料更具有实用价值和应用前景。

利用连续固溶体禁带宽度可调的特性，在催化剂材料的晶格中引入金属原子或非金属原子来调节材料的禁带宽度，通过在材料禁带中引入一个掺杂能级或提高材料的价带能级使得其带隙变窄，可实现材料对可见光产生响应。在最近十几年来，一些掺杂的钽酸盐可见光催化剂被开发出来，在可见光催化方面取得了突破性的进展，其优异的活性及稳定性引起了人们广泛的关注。如，中国专利文献CN101474558A公开了一种碱金属钽酸盐复合光解水制氢可见光光催化剂制备方法，具体为以氨气为氮源在高温下对碱金属钽酸盐进行氮掺杂的方法，步骤如下：将含钽的前驱体溶入含有表面活性剂酸性溶液中，调节pH为6～9，加入碱金属氢氧化物，经水热处理、700-850℃下氨气处理1-10h得到碱金属钽酸盐。中国专利文献CN103316662A公开了一种可见光响应的钽酸盐光催化剂Ba₃Ti₅Ta₆O₂₈及其制备方法，以BaCO₃、TiO₂、Ta₂O₅为主要原料，经球磨、1300-1350℃煅烧6h，最后经球磨制得。中国专利文献CN103157458A公开了一种可见光响应的钽酸盐光催化剂LiMTa₃O₉及其制备方法，以Li₂CO₃、MO、Ta₂O₅为主要原料，其中M为Mg、Zn或Co中的一种，经球磨、1000-1050℃煅烧6h，最后经球磨制得。上述掺杂钽酸盐光催化剂的制备方法都是利用球磨、水热或高温长时间煅烧等方法，制备条件要求较高，成本较高。

又如，中国专利文献CN1544144A公开了一种可见光响应的光催化剂及其应用；该发明的光催化剂是由铟和元素周期表中5A元素以及过渡金属元素M形成的复合氧化物半导体，化学式为In_1-xM_xAO₄(A：5A元素，M：过渡金属元素)，其中铟和M的摩尔数之和与A的摩尔数相等，该发明制备的光催化剂在含有紫外线和可见光的太阳光照射下，能够实现分解有害化学物质和分解水制氢，但制氢速率较低。同时，还有文献报道以Ta₂O₅、Bi₂O₃、CuO为原料，混合均匀研磨后压片(原料使用前需要经过预处理：Ta₂O₅ 600℃煅烧8h，Bi₂O₃ 800℃煅烧8h)，经1100℃固相反应48h制备得到BiTa_1-xCu_xO₄(x＝0-0.04)光催化剂，制备的光催化剂可以在可见光照射下分解水制氢，但是制氢速率很低(International Journal of Hydrogen Energy 2009,34,3631)。

综上所述，现有掺杂钽酸盐光催化剂的制备方法绝大多数都利用球磨、水热或高温长时间煅烧等方法，制备条件要求较高，步骤繁琐，成本较高，且可见光催化水分解的效率有待提高。

发明内容