[发明专利]一种钙钛矿基复合纳米光催化材料及制备方法与用途

说明书

本发明涉及一种钙钛矿基复合纳米光催化材料及制备方法与用途，属于材料制备和光催化的技术领域。本发明制备出具有还原性和催化性的二维铌酸钙钾纳米片，将其与非贵金属助催化剂磷化钴通过机械搅拌法制备廉价易得、结构稳定且催化活性高的磷化钴/铌酸钙钾复合光催化产氢材料。本技术方案在室温下进行物理机械搅拌复合，高效且节能。非贵金属助催化剂CoP纳米颗粒均匀分散于K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^‑纳米片表面，颗粒尺寸约为2‑3nm，可提供较多活性位点，促进光生电子和空穴的分离，使复合光催化材料具有提高的产氢活性。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿基复合纳米光催化材料及制备方法与用途，属于材料制备和光催化的技术领域。

技术背景

近年来，光催化技术因具有运行成本低、反应条件温和以及二次污染小等诸多特点，受到研究者的广泛关注。光催化分解水产氢技术可以将低密度的太阳能转化为清洁且高密度的氢能，因此它在解决能源危机与环境污染问题中有着重要的应用价值。

在众多二维半导体材料中，从Dion-Jacobson相(M[A_n-1B_nO_3n+1])层状钙钛矿结构铌酸盐剥离出的二维铌酸钙钾多元金属氧化物纳米片(K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-)具有良好的稳定性能，尤其是该纳米片光催化材料的导带由高能级的Nb 4d轨道组成，产生的光生电子具有很强的还原能力能够催化水分解产氢。但是，单纯的二维K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-光催化材料缺乏足够的活性位点，导致其表面大量光生电子与空穴重组而猝灭，从而降低光催化效率。为了解决这个问题，单纯的K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-常被用来与助催化剂复合，得到的助催化剂/K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-复合光催化剂能有效的促进光生电子和空穴的分离，最终提高光催化产氢效率。

在众多的助催化材料中，过渡金属磷化物因具有类贵金属特性、良好的电子电导率和化学稳定性受到研究者的广泛关注。其基本构筑单元是各向同性的晶体结构，易暴露出更多的活性位点，具有较高的光生电子与空穴的分离效率，因此可作为一种良好的非贵金属助催化剂。同时，相比于贵金属助催化剂，过渡金属磷化物成本低廉，原料来源广泛，更适合于商业化应用。

迄今为止，尚未发现有人采用机械搅拌法制备非贵金属助催化剂磷化钴/铌酸钙钾复合纳米光催化材料(CoP/K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-)，所用的K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-具有稳定的理化性质、原材料廉价易得、无毒且以其为载体制备CoP/K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-复合纳米光催化材料的反应工艺简单，所得产品光催化活性好，稳定性高，生产过程绿色环保，有望大规模工业化生产。

发明内容

本发明目的是提供一种新的在室温条件下，以简单易行的机械搅拌法合成非贵金属助催化剂CoP/K⁺Ca₂Nb₃O₁₀^-复合纳米光催化材料的方法。

本发明通过以下技术方案实现：