[发明专利]一种氧自掺杂层状铌氧化物粉体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧自掺杂层状铌氧化物粉体及其制备方法和应用，属于光催化材料领域。采用的技术方案为：将层状铌氧化物粉体加入H₂O₂水溶液中，搅拌反应后，过滤，将沉淀洗涤、干燥，得到O₂^2–自掺杂层状铌氧化物粉体。本发明利用层状铌氧化物的开放结构特性，巧妙地将H₂O₂分子引入到层状铌氧化物的内部(NbO₆八面体层间间)，使得制备的可见光响应的O₂^2–自掺杂层状铌氧化物粉体的NbO₆八面体层间存在大量的Nb‑O‑O‑配位键，其禁带宽度为2.7～2.9eV，能够作为可见光光催化剂，在降解有机污染物和光解水产氧气方面的应用。该方法工艺过程简单，能耗低，易于控制，零排放，适宜大批量生产等优点。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种氧(O₂^2–)自掺杂层状铌氧化物粉体及其制备方法和应用。

背景技术

层状铌氧化物(H₄Nb₆O₁₇，HNb₃O₈，H₄Nb₂O₇等)是由NbO₆八面体层与层间H⁺离子构成的开放性结构二维材料。由于其种无毒，化学性质稳定的，在紫外光下光催化性能优异，近年来作为光催化材料被广泛研究。但是层状铌氧化物禁带宽度较大(Eg＞3.2eV)，可见光响应能力差，并不能有效的利用太阳光能。目前，许多学者通过半导体复合、贵金属修饰、掺杂以及微结构控制等手段来提高层状铌氧化物的可见光催化性能。

O₂^2–自掺杂铌氧化物，也就是铌的过氧化物，主要应用有机物环氧化催化方面。而在光催化方面应用的非常少，Oliveira L C A等在杂志[RSC Advances,2015,5(55):44567-44570]上报道了二氧化钛的表面沉淀氢氧化铌，然后用双氧水处理，得到具有可见光响应的O₂^2–自掺杂的氢氧化铌/TiO₂复合物光催化剂。目前，制备O₂^2–自掺杂铌氧化物的方法主要是通过H₂O₂水溶液处理无定型的水合铌氧化物来获得(Catalysis Communications,2013,37:85-91)。(Adv.Funct.Mater.2011,21,3744-3752)首先H₂O₂水溶液与钛酸丁酯反应生成可溶性钛的过氧化物，然后经过干燥即得到钛的过氧化物干凝胶。但是用H₂O₂水溶液处理结晶型的铌氧化物晶粒就不能生成O₂^2–自掺杂铌氧化物，而只能晶粒表面生成一些Nb-O-O-配位键。这是由于结晶型的铌氧化物是一个实心结构，H₂O₂分子不能进入到二氧化钛晶粒内部造成的。

层状铌氧化物由于其禁带宽度较大，可见光响应能力差，而对层状铌氧化物进行改性主要是通过固相高温掺杂或者与其它半导体进行异质复合来实现的。但这些方法改性速度慢，工艺复杂，不易控制，不适合大批量生产。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种氧(O₂^2–)自掺杂层状铌氧化物粉体及其制备方法和应用，该方法具有工艺简单、能耗低、零排放，适合工业化生产等优点；经该方法制得的O₂^2–自掺杂层状铌氧化物粉体禁带宽度窄，可见光响应能力强。

本发明是通过以下技术方案来实现：