[发明专利]一种光触媒材料及其制备方法

说明书

本发明涉及光触媒材料及其制备方法，该材料包括以下质量百分比的原料：钙钛矿氮氧化物1％～10％；助催化剂1％～9％；去离子水为余量。与现有技术相比，本发明所采用的钙钛矿氮氧化物具有多空微观形貌，有利于光催化反应的进行和物质的传输。与大部分钽基氮氧化物相比，该材料具有较少的低价钽缺陷，减少了光催化反应过程中电子与空穴的复合。该材料光吸收范围达到了600纳米。模拟太阳光条件安下，该材料可实现高效的光催化分解水及室内甲醛降解。

技术领域

本发明涉及新能源和环保技术领域，具体涉及一种光触媒材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，人们对于能源的需求逐渐增加，化石燃料在能源消费中一直居于主导地位，地球上化石燃料储存量有限，按照目前的消耗速率，一百年之后化石能源将消耗殆尽。其次化石燃料燃烧伴随有害气体释放不仅会污染环境而且会危害人体健康。因此发展新型可再生的清洁能源迫在眉睫。太阳能作为一种持续的，分布广泛的清洁能源，存在严重的问题，比如分散性强，能量密度低，受到气候，经纬度影响较大，这大大限制了人类对其利用。模拟自然界中的光合作用将太阳能转换成稳定的化学能可以实现对于太阳能的收集和储存。其中，太阳能驱动催化分解水和降解有机污染物是实现太阳能转化成稳定化学的有效途径。目前光催化面临的最大的挑战是半导体光催化材料对于太阳能的转换效率较低，这是限制了光催化产业化的主要原因。

限制太阳能转换效率主要原因有两点：一是大部分光触媒材料的带隙带宽较大，只能利用太阳光谱中比例较少的紫外光。其次光催化的转换效率主要是受表面光催化反应的速率决定的。比如在水分解的半反应中，水被氧化成氧气的过程中需要消除四个电子形成一个O-O健，无论从动力学还是热力学角度都是比较困难的。这是光催化过程中的主要限速步骤。因此，选择合适的光触媒材料对于提高太阳能转换效率至关重要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光催化转化效率高的光触媒材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种光触媒材料，该材料包括以下质量百分比的原料：

钙钛矿氮氧化物 1％～10％；

助催化剂 1％～9％；

去离子水 余量。

钙钛矿氮氧化物(Sr₄Ta₂O_9-xN_x)作为光触媒材料吸收太阳光产生电子和空穴，随后电子和空穴向材料的表面迁移，在材料表面发生氧化还原反应。光触媒表面的助催化剂可以增加材料表面活性位点从而富集电子或者空穴，使得表面反应效率提高，并且可以提高光触媒的稳定性抑制材料的自腐蚀。

所述的钙钛矿氮氧化物的分子式为Sr₄Ta₂O_9-xN_x，其中0＜x＜3。贵金属及其氧化物做助催化剂在分解水的过程中具有较大的功函数并且可以降低反应所需的过电势，从而增强光催化反应的效率。

所述的助催化剂包括氧化铑、氧化钴、氧化钌或铂中的一种或几种，所述氧化铑、氧化钴、氧化钌或铂的质量比为1～3:0～2:0～2:0～2。纳米铂做助催化剂主要是增加产氢活性位点，电子在助催化剂表面富集，从而增强光催化水还原产氢过程；氧化铑、氧化钴、氧化钌主要是增加产氧活性位点，可以有效的收集空穴，从而减少空穴对于材料表面的自腐蚀，增强空穴氧化水的能力。

所述的氧化铑、氧化钴、氧化钌、铂的粒径为纳米级。

一种如上所述光触媒材料的制备方法，包括以下步骤：