[发明专利]一种铬、铌共掺杂的固体酸纳米片光催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铬、铌共掺杂的固体酸纳米片光催化剂及其制备方法，包括：将K₂CO₃、TiO₂、Cr₂O₃和Nb₂O₅混合研磨得到粉末，再用压片机将粉末压片，然后在900℃～1300℃下煅烧得到铬、铌共掺杂的层状前驱体；将层状前驱体用蒸馏水洗涤、干燥后与酸进行质子交换，得到质子化的铬、铌共掺杂的层状体；将层状体悬浮在四丁基氢氧化铵水溶液中，搅拌5d～15d，得到纳米片悬浮液，再将纳米片悬浮液烘干，得到铬、铌共掺杂的固体酸纳米片催化剂。本发明所提供的方法制备过程简单、无需模板及复杂苛刻的实验条件，得到的产物作为光催化制氢材料在可见光照射下具有较高的制氢活性以及优越的制氢循环稳定性。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种铬、铌共掺杂的固体酸纳米片催化剂及其制备方法。

背景技术

化石燃料短缺和化石燃料的使用带来的相关的环境问题一直是制约我们现代社会可持续发展的两大威胁。利用半导体光催化剂将水分解成氢气这一方法，在清洁和可持续能源技术的发展中发挥着重要作用。目前光催化剂的太阳能制氢效率低，这主要源于光催化剂材料本身的带隙宽度较大，这类大的带隙宽度仅允许材料吸收紫外光子，而紫外光子仅占整个太阳光谱的4％。因此，半导体材料的带隙调控被认为是开发高效光催化剂的首要目标。

层状无机化合物由于其特殊的结构和电子特性而备受关注，可用于电容器、光催化和传感器等领域。由于层状钛酸盐特殊的结构，可以通过离子交换和嵌入而剥离进而得到单层纳米片，这为改性提供了很大的操作空间。在层状钛铌酸盐材料中，层状的HTiNbO₅作为典型的固体酸催化剂具有广泛的应用。例如，翟正课题组利用制备的HTiNbO₅用于降解罗丹明B，参阅Journal ofMaterials Chemistry，2012年，22期，19122-19131页。KazunariDomen课题组利用制备的HTiNbO₅用于乙酸的酯化，参阅Journal oftheAmerican ChemicalSociety，2003年，125期，5479-5485页。然而，作为白色样品，层状HTiNbO₅具有较宽的带隙并且仅响应紫外光，这严重妨碍了其实际应用。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种铬、铌共掺杂的固体酸纳米片催化剂及其制备方法，制备得到的铬、铌共掺杂的固体酸纳米片催化剂对可见光响应。

本发明提供了一种铬、铌共掺杂的固体酸纳米片光催化剂的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：

步骤一，将K₂CO₃、TiO₂、Cr₂O₃和Nb₂O₅混合研磨得到粉末，再用压片机将粉末压片，然后在900℃～1300℃下煅烧得到铬、铌共掺杂的层状前驱体；

步骤二，将层状前驱体用蒸馏水洗涤、干燥后与酸进行质子交换，得到质子化的铬、铌共掺杂的层状体；

步骤三，将层状体悬浮在四丁基氢氧化铵水溶液中，搅拌5d～15d，得到纳米片悬浮液，再将纳米片悬浮液烘干，得到铬、铌共掺杂的固体酸纳米片。

在本发明提供的铬、铌共掺杂的固体酸纳米片光催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤一中的K₂CO₃、TiO₂、Cr₂O₃和Nb₂O₅的摩尔比为1.15﹕1.2﹕0.05﹕1.05～1.15﹕1.8﹕0.2﹕1.2。