一种掺杂半导体光催化剂的方法与流程

本发明属于材料合成领域，具体涉及一种掺杂半导体光催化剂的方法。

背景技术：

近些年的研究发现，一系列的钽酸盐及二氧化钛光催化剂都具有较高的光催化活性，是极具前景的光催化材料。但传统方法制备的钽酸盐均有副产物生成，且原料成本相对较高，而且可见光催化活性很弱。一些学者通过掺入n、f等非金属元素，及la、zn等金属元素来提高他的光催化效率，缩小禁带宽度，并拓宽催化剂的激发波长范围。所用的制备方法如固相法需要高温、强碱等苛刻的实验条件，掺杂物质往往为化学合成物质，污染环境且浪费能源，同时光催化效率及光响应范围有待拓宽。因此，针对上述问题，本发明以生物质羊毛作为非金属掺杂来源，实现了节能环保的理念，制备出高效率且具有可见光响应的natao3光催化剂。

目前国内外尚未见到以生物质为非金属源，制备可见光响应的natao3光催化剂的相关报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种生物质掺杂半导体光催化剂及其制备方法，该方法不仅避免了合成钽酸钠时所需的高温环境，更用生物质代替各类无机化合物，制备方法简单且节能环保，所制备的光响应natao3光催化剂不仅在紫外光区的催化活性大大增加，更在可见光区出现了可观的光催化活性，该材料在废水处理，水解制氢等领域具有潜在的应用价值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

(1)将氧化钽和氢氧化钠按照摩尔比1:20溶于去离子水中，其中,氧化钽的浓度为0.025mol/l。

(2)把步骤1配制的混合溶液转移至反应釜中，加入羊毛纤维，所述羊毛纤维与氧化钽的比例关系为0.1-1.0kg：1mol，在180-200℃反应12-24h，自然冷却至室温，得到产物b。

(3)将产物b进行离心提纯，洗涤产物3-5次直至洗出液呈中性，所得沉淀在室温下自然干燥，完成natao3光催化剂的掺杂。

本发明的有益效果是：

(1)适量的生物质羊毛掺杂的natao3在紫外光区的光催化活性较纯natao3的光催化活性提高了近25％，并在可见光区出现了较强的光催化活性。

(2)本发明用生物质羊毛作为非金属掺杂来源，实现了节能环保的理念。

(3)生物质羊毛掺杂光响应natao3光催化剂由于催化效率高，在废水处理、水解制氢等领域有应用价值。

(4)本方法既可以用于natao3的掺杂，也可以用于其他如tio2等金属半导体光催化剂的掺杂，提高光催化活性。

(5)本发明制备方法简单，节能环保，具有显著的社会和经济效益。

附图说明

图1是不同羊毛掺杂比例的光响应natao3光催化剂的紫外光催化活性图。

图2是不同羊毛掺杂比例的光响应natao3光催化剂的可见光催化活性图。

图3是经羊毛掺杂后的光响应natao3光催化剂的eds谱图。

图4是经羊毛掺杂后的光响应natao3光催化剂的tem图像。

具体实施方式

实施例1：

称取0.442g(1mmol)氧化钽和1.6g(40mmol)氢氧化钠置于烧杯中，向其中加入40ml去离子水，混合均匀后装入反应釜中,向其中加入1g经粉碎并洗净的羊毛颗粒，将反应釜放入烘箱中在180℃反应12h，然后自然冷却至室温，将所得样品离心提纯，用去离子水及乙醇洗涤产物4次直至洗净杂质离子，在室温下自然干燥，即制得所述的以羊毛作为生物质掺杂光响应natao3光催化剂，其中羊毛纤维与氧化钽的比例为1kg：1mol。该催化剂的eds能谱如图3所示，从图中可以看出,该方法成功实现了对natao3的n、s掺杂。该催化剂的透射电镜图像如图4所示，晶粒属于较规整的立方晶结构，该催化剂在紫外及可见光下的催化效率均有显著提高。

实施例2：

称取0.530g(1.2mmol)氧化钽和1.92g(48mmol)氢氧化钠置于烧杯中，向其中加入48ml去离子水，混合均匀后装入反应釜中,向其中加入0.2g经粉碎并洗净的羊毛颗粒，将反应釜放入烘箱中在200℃反应24h，然后自然冷却至室温，将所得样品离心提纯，用去离子水及乙醇洗涤产物3次直至洗净杂质离子，在室温下自然干燥，即制得所述的以羊毛作为生物质掺杂光响应natao3光催化剂，该催化剂在紫外及可见光下的催化效率均有显著提高。

实施例3：

称取0.663g(1.5mmol)氧化钽和2.4g(60mmol)氢氧化钠置于烧杯中，向其中加入60ml去离子水，混合均匀后装入反应釜中,向其中加入1.0g经粉碎并洗净的羊毛颗粒，将反应釜放入烘箱中在180℃反应24h，然后自然冷却至室温，将所得样品离心提纯，用去离子水及乙醇洗涤产物5次直至洗净杂质离子，在室温下自然干燥，即制得所述的以羊毛作为生物质掺杂光响应natao3光催化剂，该催化剂在紫外及可见光下的催化效率均有所提高。

实施例4：

称取0.442g(1mmol)氧化钽和1.6g(40mmol)氢氧化钠置于烧杯中，向其中加入40ml去离子水，混合均匀后装入反应釜中,分别向其中加入0.2g、0.4g、0.6g、0.8g经粉碎并洗净的羊毛颗粒，将反应釜放入烘箱中在180℃反应12h，然后自然冷却至室温，将所得样品离心提纯，用去离子水及乙醇洗涤产物4次直至洗净杂质离子，在室温下自然干燥，得到系列不同掺杂量的natao3光催化剂，紫外光下的催化效果如图1所示，可见光下的催化效果如图2所示，图中的比例关系为羊毛纤维(kg)：氧化钽(mol)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种掺杂半导体光催化剂的方法，以羊毛纤维为氮源、硫源，对半导体光催化材料进行掺杂，提高半导体光催化材料光响应范围和光催化活性。首先将氧化钽、氢氧化钠和去离子水以一定的比例混合，得到混合物A，将混合物A和一定量的羊毛放入反应釜中；制得N、S共掺杂NaTaO3光催化剂。利用该方法制备的光催化剂无论在紫外光区还是在可见光区相比于NaTaO3本身的催化活性有了很大的提高。本发明制备方法简单，节能环保，具有显著的社会和经济效益。

技术研发人员：罗逾卓;孙烨华;傅雅琴;董余兵;王瑞
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2017.03.22
技术公布日：2017.07.28