專利名稱：一種制備高活性可見光催化劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可見光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備高活性可見光催化劑的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鍶(SrTiO3)是一種優(yōu)良的氧化物半導(dǎo)體光催化劑，由于它的寬禁帶，SrTiO3只對(duì)能量高于3. 2eV的紫外光響應(yīng)，而紫外光只占到達(dá)地球的太陽光譜中的一小部分(不足10%)，這使它在環(huán)境和能源領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用受到局限。摻雜非金屬元素(如N)可以在價(jià)帶上方引入摻雜能級(jí)，使SrTiO3的帶隙變窄，進(jìn)而能夠利用光譜中能量比3. 2eV小的一部分可見光。另一方面氧化物半導(dǎo)體光催化劑(如SrTi03、Ti02)雖然是優(yōu)良的光催化劑，但它們的光催化效率還不夠高，提高它們的光催化效率也是光催化工作的主要任務(wù)之一。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種可見光催化效率高，且制備工藝簡(jiǎn)單的可見光催化劑的制備方法。本發(fā)明提出的可見光催化劑的制備方法，是基于氮摻雜和氫化的協(xié)同效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，前者擴(kuò)展氧化物催化劑可利用光譜的范圍，后者除去催化劑中的電學(xué)活性缺陷，阻止光生載流子復(fù)合，提高光催化效率。具體步驟如下
I、采用管式電阻爐，使SrTiO3在高溫下氨化，目的是進(jìn)行N摻雜；氨化操作步驟為將經(jīng)過清洗的SrTiO3晶片，置于石英片上，使用石英桿將SrTiO3晶片和石英片一起送到石英管中間的加熱位置，記為位置A ;在石英管中通流動(dòng)的氨氣，流量為20-60 L/h，時(shí)間5—6分鐘；然后開啟管式電阻爐，升溫速率為40— 50 V /min，達(dá)到設(shè)定的溫度800_950°C后，保持恒溫2-5 h;關(guān)閉管式電阻爐，使SrTiO3晶片在位置A處自然冷卻至室溫。這樣完成了氨化操作。2、在氮?dú)錃庵袣浠?，目的是除去摻氮SrTiO3中的電學(xué)活性缺陷；氫化操作步驟為
先將管式電阻爐升溫至預(yù)定溫度900-1100°C，在石英管中通流動(dòng)的氮?dú)浠旌蠚怏w(混合氣體中，按體積比可為=H2 4—10%,N2 96—90 %)，流量為20_60L/h，時(shí)間5_6分鐘；將經(jīng)過上步處理的SrTiO3晶片置于石英片上一起送到石英管中間的加熱位置A，維持加熱時(shí)間10-180 min ;然后使用石英桿將SrTiO3晶片連同石英片一同移到石英管的后端位置，記為位置B，快速冷卻至室溫，冷卻速率300-500°C /min，冷卻速率由氮?dú)浠旌蠚怏w流量控制。本發(fā)明方法可以用于制備具有高可見光催化活性的新型氧化物半導(dǎo)體光催化劑，在環(huán)境和能源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
圖I是本發(fā)明的樣品制備裝置圖。
圖2是可見光催化的一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)例。圖中縱軸表示加載不同樣品的MB在可見光照射一定時(shí)間后的吸收度，橫軸表示波長(zhǎng)。曲線I表示沒有加載任何樣品的情況，曲線II表示加載原始的SrTiO3的情況，曲線III表示加載氨化的SrTiO3的情況，曲線IV表示加載依次氨化和氫化的SrTiO3的情況。圖中標(biāo)號(hào)1表不兩端開口的石英管，2表不管式電阻爐，3表不SrTiO3晶片樣品，4表示承載SrTiO3樣品的石英片，A表示加熱或自然冷卻的位置，B表示快速冷卻的位置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例具 體描述本發(fā)明。一、氨化操作
SrTiO3晶片依次在丙酮和去離子水中超聲清洗各15分鐘，吹干，置于石英片4上，使用石英桿將SrTiO3樣品3和石英片4 一起送到石英管I中的位置A，在石英管I中通流動(dòng)的氨氣，流量在20-60 L/h, 5-6分鐘后，開啟管式電阻爐2，升溫速率為40_50°C /min，待達(dá)到設(shè)定的溫度(800-950°C)后，保持恒溫加熱一定時(shí)間(2-5 h)，關(guān)閉管式電阻爐2，使樣品3在位置A自然冷卻至室溫。這樣完成了氨化操作。二、氫化操作
先將管式電阻爐2升溫至預(yù)定溫度(900-1100°C)，在石英管I中通流動(dòng)的氮?dú)錃?混合氣體中，按體積比可為=H2 4—10%,N2 96—90 %)，流量為20_60L/h，5_6分鐘后將需要?dú)浠臉悠?置于石英片4上一起送到石英管I中的加熱位置A，維持加熱預(yù)定時(shí)間(10-180min)，然后使用石英桿將樣品3連同石英片4 一同拉到石英管I中的位置B快速冷卻，冷卻速率約300-500°C /min，冷卻速率由氮?dú)錃饬髁靠刂啤D2給出了一個(gè)具體實(shí)例，具體條件是氨化溫度900°C，氨化時(shí)間3 h，氨氣流量40 L/h ;氫化溫度1000°C,氫化時(shí)間O. 5 h,氮?dú)錃饬髁?0 L/h ;光催化時(shí)間為20 h,光源為400 1中壓汞燈(抱以6118)，采用濾色片邛420+084 (江蘇海安教育光學(xué)鏡片廠)濾去紫外光和其他不需要的可見光，只保留波長(zhǎng)435和405 nm的藍(lán)光。吸收度的高低反映MB的濃度，曲線I-IV的高低差異反映相應(yīng)MB的濃度的差別。因此，曲線II和曲線I幾乎重合，說明可見光照下MB沒有被SrTiO3分解；曲線III比曲線I低，說明氨化的SrTiO3可以利用可見光分解MB，這一可見光催化活性源于替代位的氮元素?fù)诫s導(dǎo)致的帶隙變窄；曲線IV與曲線III低更多，說明氨化再氫化的SrTiO3比僅僅氨化的樣品分解更多的MB，也就是說前者的可見光催化效率顯著高于后者。在依次氨化和氫化的樣品中，氨化實(shí)現(xiàn)了氮摻雜，使SrTiO3帶隙變窄，從而可以利用一部分可見光催化分解MB，而氫化除去了氮摻雜樣品中的電學(xué)活性缺陷，阻止了光生載流子復(fù)合，使它的可見光催化的效率大大提高。這是一種新型的獲得高活性可見光催化的方法。
權(quán)利要求
1. 一種制備高活性可見光催化劑的方法，其特征在于具體步驟如下 (1)采用管式電阻爐，使SrTiO3在高溫下氨化；氨化操作步驟為 將經(jīng)過清洗的SrTiO3晶片，置于石英片上，使用石英桿將SrTiO3晶片和石英片一起送到石英管中間的加熱位置，記為位置A ;在石英管中通入流動(dòng)的氨氣，氨氣流量為20-60 L/h，通入時(shí)間為5-10分鐘；然后開啟管式電阻爐加熱，升溫速率為40—50 °C/min，達(dá)到設(shè)定的溫度800-950°C后，保持恒溫2-5 h ;關(guān)閉管式電阻爐，使SrTiO3晶片自然冷卻至室溫； (2)在氮?dú)錃庵袣浠?，除去摻氮SrTiO3中的電學(xué)活性缺陷；氫化操作步驟為 先將管式電阻爐升溫至預(yù)定溫度900-1100°C，在石英管中通入流動(dòng)的氮?dú)浠旌蠚怏w，混合氣體中，按體積比為=H2 4—10%,N2 96—90 %，混合氣體流量為20_60L/h，通入時(shí)間為5-10分鐘；將經(jīng)過上步處理的SrTiO3晶片置于石英片上一起送到石英管中間的加熱位置A，維持加熱時(shí)間10-180 min ;然后使用石英桿將SrTiO3晶片連同石英片一同移到石英管的后端位置，記為位置B，快速冷卻至室溫，冷卻速率300-500°C /min,冷卻速率由氮?dú)浠旌蠚怏w流量控制。
全文摘要
本發(fā)明屬于可見光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種制備高活性可見光催化劑的方法。具體步驟為采用管式電阻爐，使SrTiO3在高溫下氨化，進(jìn)行N摻雜；再在氮?dú)錃庵袣浠?，除去摻氮SrTiO3中的電學(xué)活性缺陷，使它的可見光催化的效率大大提高。本發(fā)明方法制備的具有高可見光催化活性的氧化物半導(dǎo)體光催化劑，在環(huán)境和能源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J23/02GK102614861SQ20121006332
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者孫濤, 陸明 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)