[发明专利]一种光催化复合材料

说明书

本发明公开了一种光催化复合材料，主要是一种四氧化三锡纳米片负载立方体钽酸钠的光催化复合材料，所述立方体钽酸钠的边长为300‑500nm，所述四氧化三锡纳米片的单片面积为400‑20000 nm²，厚度为5‑10nm。本发明还公开了所述复合材料在紫外—可见光下对有机污染物的氧化降解中具有很高的活性，其制备方法简单，成本低廉，原料丰富，可实现对复合材料在形貌和组分上的调控。

技术领域

本发明涉及一种光催化复合材料，尤其涉及一种表面负载四氧化三锡纳米片的立方体钽酸钠光催化复合材料，属于光催化材料领域。

背景技术

目前，环境污染和能源危机成为当今世界面临和亟需解决的两大难题。钙钛矿型钽酸钠属于ABO3型结构，具有特殊的晶体结构、电子结构和能带结构而逐渐成为光催化材料研究中的热点，尤其是单斜晶型的钽酸钠具有良好的光催化活性，它的晶体是由TaO6八面体以共顶点的方式连接而成，作为一种环境友好型的光催化材料，因其高活性，低成本和稳定性好，在环境保护、新能源等领域具有广泛的应用。但由于钽酸钠带隙较宽，带隙能为3.78～4.0eV（与粒径相关），在短波长的紫外光照射下，光量子产率较高，但是仅仅能利用较短的紫外光，阻碍了对太阳光的高效利用，所以，构建钽酸钠光催化复合体系成为拓展钽酸钠材料光响应范围和提高其光催化性能的有效途径，而半导体光催化剂作为一种直接利用或转换太阳能的技术，具有绿色环保，可持续利用等优点，日益受到重视。所以若将钽酸钠和其他半导体复合作为一种拓展吸收波长的有效改性方法，逐渐成为研究的热点。

四氧化三锡带隙能约为2.5eV，是一种新型的可见光激发半导体光催化剂，无毒并且矿源丰富，在光催化降解污染物和裂解水产氢等方面有很大的应用潜力。四氧化三锡为n型半导体，与钽酸钠相比，两者导带和价带的差异，拓展了体系的吸收波长，可以降低材料的电子-空穴复合效率，从而能够增强光催化效率。而且检索发现，目前尚未见到有关四氧化三锡与钽酸钠复合材料及其在光催化等方面应用的报道。针对现有技术的不足，本发明提供一种表面负载四氧化三锡纳米片的立方体钽酸钠光催化复合材料。

发明内容

一种光催化复合材料，其主要特征在于：以边长为300-500 nm立方体钽酸钠为载体，其表面分散负载四氧化三锡纳米片，且四氧化三锡在所述光催化复合材料中的质量分数为0.1%～80%；所述四氧化三锡纳米片的单片面积为400-20000 nm²，厚度为5-10nm。

上述一种光催化复合材料的制备方法优选以立方体钽酸钠为载体，且其表面分散四氧化三锡纳米片，其中四氧化三锡在所述光催化复合材料中的质量分数为50％～70％。

本发明所述四氧化三锡纳米片负载立方体钽酸钠的制备方法，步骤是：

（1）以立方体钽酸钠为前驱体，按锡元素与钽元素摩尔比1:10～10:1将所述前驱体加入锡前驱体溶液中，超声搅拌1～2h，其中，所述的锡-钽酸钠复合前驱体溶液的组成成分为氯化亚锡、氢氧化钠和柠檬酸三钠，三者的摩尔质量比为0.01～2: 0.01～2: 0.05～5；

（2）将步骤（1）得到的复合溶液转移至反应釜内，在160±20℃下反应12±2h，其中反应物在反应釜中的填充系数一般采用60%-80%（体积分数）；

（3）将反应完毕后的反应釜自然冷却至室温，取出产物，用水和酒精分别洗涤3～5次至中性，之后于70±20℃下干燥12±2h，即得四氧化三锡纳米片负载的立方体钽酸钠光催化复合材料。

上述光催化复合材料的制备方法，步骤（1）中所述立方体钽酸钠优选以下方法制备：

称取五氧化二钽粉末和氢氧化钠，按五氧化二钽粉末与氢氧化钠重量比1:3～30分散于1M的氢氧化钠溶液中，超声搅拌1～2h，转入反应釜中，在设定的120～180℃的加热温度下反应6～12h，反应完毕后自然冷却，产物用水洗至中性，并于80±20℃下干燥12～15h，得到前驱体立方体钽酸钠粉体。

上述光催化复合材料的制备方法中，步骤(1)中所述锡元素与钽元素摩尔比优选为1:1～2:1。