[发明专利]化合物YMO3(M=In,Al)的光催化用途

说明书

技术领域

本发明涉及治理环境污染用的光催化材料及制备，也涉及低温燃烧合成技术。

背景技术

随着工业的发展和人民生活水平的提高，环境污染问题已提到非常重要的议事日程，开发高效、节能、无二次污染的环境治理、环境保护新技术尤其受到人们的关注。在各类新技术中，光催化技术是21世纪最有前途的环境友好清洁新技术之一，它是利用光催化剂吸收光的能量分解有机物或分解水的过程。其机理是半导体价带中的电子受光激发跃迁到导带，在导带中形成光生电子，在价带中留下光生空穴。这些非平衡态的电子和空穴有极强的还原和氧化能力。当它们扩散到光催化剂的表面时候，可将污染物氧化还原成无害的小分子，或将水分解为H₂和O₂。由于光催化可利用自然光(例如太阳光)长期工作，具有低成本、无毒害的优点，对于从根本上解决环境污染和能源短缺问题具有不可低估的意义。

实用的光催化材料需有较强的吸光能力，以及较长时间的非平衡态电子、空穴寿命和较高的电子、空穴迁移率。如何找到合适的光催化材料一直是科技人员关注的研究课题。近30年来的相关研究主要围绕着以TiO₂为基础的系列宽禁带半导体。然而由于TiO₂的禁带过宽，致使TiO₂只能吸收紫外波段的光。从太阳能的利用来看，紫外线(400nm以下)仅占太阳光总能量的4％左右，而波长为400-750nm的可见光则占到近43％。因此，为了有效地利用太阳能，同时满足室内无紫外线环境光催化净化的需求，寻找可见光响应的光催化剂势在必行。

发明内容

本发明目的在于，提供一种在可见光条件下具有光降解有机污染物性能的光催化剂YMO₃(M＝In，Al)及其制备方法。

本发明的可见光响应光催化剂，其特征在于，它是化合物YMO₃，其中M为In或Al，YAlO₃的结构为钙钛矿型，YInO₃是具有立方相的(Y_0.5In_0.5)₂O₃，即其结构为立方相，结构式为(Y_0.5In_0.5)₂O₃。该光催化剂可以由以下方法制备：由硝酸钇与硝酸铟或硝酸铝为氧化剂、有机羧酸氨基乙酸为燃料、在去离子水或蒸馏水溶液中经300～400℃低温燃烧产生氧化还原反应得到纳米级粉体化合物，再经1000～1200℃环境中焙烧1～12小时得到的YInO₃或YAlO₃，其中硝酸钇与硝酸铟或硝酸铝摩尔比为1∶1，硝酸铟或硝酸铝与氨基乙酸摩尔比为3∶10，加水量按照硝酸钇溶液浓度为0.1～0.2摩尔/升计算，其化学反应式为：

3Y(NO₃)₃+3M(NO₃)₃+10C₂H₅NO₂＝3YMO₃+14N₂↑+25H₂O↑+20CO₂↑。

本发明的制备上述可见光响应光催化剂YMO₃(M＝In，Al)的方法，包括配料、混合及低温燃烧合成，其特征在于，具体步骤为：1)将硝酸钇(Y(NO₃)₃)、硝酸铟(In(NO₃)₃)或者硝酸铝(Al(NO₃)₃)、有机燃料氨基乙酸(NH₂CH₂COOH)和去离子水或蒸馏水水混合配成溶液，并将配好后的溶液经搅拌使其均匀混合，后于室温下静置12～24小时，其中硝酸钇与硝酸铟或硝酸铝的摩尔比为1∶1，硝酸铟或硝酸铝与氨基乙酸摩尔比为3∶10，加水量按照硝酸钇溶液浓度为0.1～0.2摩尔/升计算；2)将上述溶液缓慢升温到300～400℃，例如先将溶液置于150～200℃下恒温20～60分钟，再以2～4℃/分钟的速率缓慢升温到300～400℃，使溶液中的有机燃料燃烧并发生合成反应，得到蓬松的纳米YMO₃(M＝In，Al)粉体，其化学反应式为：