[发明专利]一种一步法合成稀土元素掺杂的铌酸钾光催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于无机材料合成领域，具体地说，涉及一种一步法合成稀土元素掺杂的铌酸钾光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

光催化氧化技术是一种高效、节能、无二次污染等优点的污水处理的新型方法，这对于解决当今环境的水污染问题极具吸引力并且有很好的应用前景。近年来，不少国内外学者都开始陆续的着手半导体光催化剂的研究，钙钛矿型的光催化剂引起了人们的广泛关注。尤其是具有层状结构的铌酸盐，已被发现具有良好的光催化降解有机物、光催化制氢及电化学等性能。

为了得到催化活性更好的铌酸盐催化剂，最常用也是最主要的方法就是对其进行掺杂改性。从以往的报道可以看出，金属离子尤其是稀土金属的掺杂可以有效地延缓钙钛矿型氧化物在光照下激发产生的电子-空穴对的复合，从而提高其光催化活性。Kato等利用稀土元素La、Pr、Nd等对NaTaO3的掺杂改性，研究表明La、Pr的掺入可以显著提高NaTaO3的催化活性(Chem.Phys.,2007,339(1-3):104)。稀土金属离子掺杂是导致钙钛矿型铌酸盐光催化活性提高的主要原因，使钙钛矿型氧化物表面的稀土氧化物产生了电荷不平衡，这样有利于对铌酸盐对光电子的捕获，延缓了其受光激发所产生的电子-空穴对的复合，同时也使钙钛矿型氧化物表面能够吸附更多的OH-，有利于·OH自由基的产生。

就铌酸钾的掺杂而言，目前已经有文献报道了Fe，Co,Ni,Mn,Cu,Cr等元素的掺杂改性方式，但检索文献可知，现有制备方法均较复杂，目前尚未有采用一步法稀土元素Sm和Gd制备铌酸钾光催化材料的报道。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种一步法合成稀土元素掺杂的铌酸钾光催化剂的制备方法及其应用，制备方法工艺简单易实现，易于推广，制备的掺杂催化剂具有较好的光催化性能。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种一步法合成稀土元素掺杂的铌酸钾光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将稀土盐、氢氧化钾和氧化铌溶于水搅拌混合均匀，形成悬浮液；

b)将上述悬浮液转移到高压反应釜中反应；

c)反应后的粉末洗涤，干燥，研磨。

进一步，所述稀土盐为Sm(NO₃)₃·6H₂O、SmCl₃·6H₂O、Sm(NO₃)₃·6H₂O、GdCl₃·xH₂O中的一种，所述稀土盐的掺杂比例为氧化铌摩尔量的0.1-1％，所述氢氧化钾为氧化铌摩尔量的4-5倍。

进一步，所述稀土盐为Sm(NO₃)₃·6H₂O、SmCl₃·6H₂O、Sm(NO₃)₃·6H₂O、GdCl₃·xH₂O中的一种，所述稀土盐的掺杂比例为氧化铌摩尔量的0.1％，所述氢氧化钾为氧化铌摩尔量的4.28倍。

进一步，所述稀土盐为Sm(NO₃)₃·6H₂O、SmCl₃·6H₂O、Sm(NO₃)₃·6H₂O、GdCl₃·xH₂O中的一种，所述稀土盐的掺杂比例为氧化铌摩尔量的0.25％，所述氢氧化钾为氧化铌摩尔量的4.28倍。

进一步，所述稀土盐为Sm(NO₃)₃·6H₂O、SmCl₃·6H₂O、Sm(NO₃)₃·6H₂O、GdCl₃·xH₂O中的一种，所述稀土盐的掺杂比例为氧化铌摩尔量的0.5％，所述氢氧化钾为氧化铌摩尔量的4.28倍。

进一步，步骤b)中，所述反应的温度为220～260℃，反应时间为24～48h。

进一步，一种一步法合成稀土元素掺杂的铌酸钾光催化剂的应用，所述催化剂在光催化降解有机染料中的应用。