[发明专利]光催化剂碱式碳酸镧及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于新型材料制备和光催化环境污染治理和光催化分解水制氢的技术领域，具体涉及光催化剂碱式碳酸镧（LaCO₃OH）及其制备方法和应用。

技术背景

随着能源危机和环境污染问题的日益严重，人类社会的可持续发展面临巨大挑战，如何有效地利用太阳能来治理污染和开发新能源己引起世界各国的广泛关注。近年来，半导体光催化技术因在氢能源开发和环境污染治理上的重要应用前景，而受到众多领域科学工作者的广泛关注，但由于传统的TiO₂基光催化剂存在量子效率低和太阳能利用率低等缺点，制约了光催化技术的实际应用，因而新型高效光催化剂的成功开发设计是利用太阳能治理环境污染和开发氢能源的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的在于提供光催化剂碱式碳酸镧（LaCO₃OH）及其制备方法和应用，其制备方法简单，不需要复杂昂贵的设备、合成条件温和，有利于大规模推广。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的光催化剂是碱式碳酸镧（LaCO₃OH），应用于光催化降解有机污染物和光催化分解水制氢。

该光催化剂的制备方法为水热合成方法，具体步骤如下：

碱式碳酸镧的制备：将作为碳源的尿素(CO(NH₂)₂)或氢氧化钠和碳酸钠的混合物（NaOH/Na₂CO₃）溶于去离子水、乙二醇或乙醇中的一种或两种的混合溶剂中制得浓度为0.1~1 mol/L的碳源溶液；将作为镧源的化合物固体：氧化镧、硝酸镧或醋酸镧中的一种溶于去离子水、乙二醇或乙醇中的一种或两种的混合溶剂中制得浓度为0.01~0.1 mol/L的镧源溶液；在镧源溶液中边搅拌边滴加碳源溶液，继续搅拌30~180分钟，移入高压反应釜中90~180℃恒温反应12~24小时，自然冷却至室温，沉淀分别用水和乙醇洗涤离心数次（至离子浓度<10ppm），40~120℃干燥6~24小时研磨，得到白色的碱式碳酸镧粉末，粒径为20~90 nm；所述的碳源与镧源的物质的量之比为1∶1～10∶1；所述的搅拌是磁力搅拌，搅拌速度为400~1000 rad/min。

本发明的显著优点在于:

（1）本发明首次将碱式碳酸镧应用于光催化领域，是一种新型的光解水制氢及降解有机污染物的光催化剂，能有效地进行光催化反应。

（2）本发明的制备方法简单易行，有利于大规模的推广。

附图说明

图1是本发明的LaCO₃OH的X射线衍射（XRD）图。

图2是本发明的LaCO₃OH作为催化剂光解水制氢的情况。

图3是本发明的LaCO₃OH作为催化剂光催化降解水中甲基橙的情况。

具体实施方式

本发明的光催化剂是碱式碳酸镧，应用于光解水制氢和光催化降解有机污染物。

该光催化剂的制备方法为水热法:

具体步骤如下：将作为碳源的碱性固体尿素或氢氧化钠和碳酸钠的混合物溶于去离子水、乙二醇或乙醇中的一种或两种的混合溶剂中制得浓度为0.1~1 mol/L的碳源溶液；将作为镧源的化合物固体氧化镧、硝酸镧或醋酸镧中的一种溶于去离子水、乙二醇或乙醇中的一种或两种的混合溶剂中制得浓度为0.01~0.1 mol/L的镧源溶液；在镧源溶液中边搅拌边滴加碳源溶液，继续搅拌30~180分钟，移入高压反应釜中90~180℃恒温反应12~24小时，自然冷却至室温，沉淀分别用水和乙醇洗涤离心数次（至离子浓度<10ppm），40~120℃干燥6~24小时得到白色的碱式碳酸镧粉末，粒径为20~90 nm；所述的碳源与镧源的物质的量之比为1∶1～10∶1；所述的搅拌是磁力搅拌，搅拌速度为400~1000 rad/min。

实施例1，LaCO₃OH催化剂的制备