本發(fā)明屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈰與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

TiO₂具有良好的生物、化學(xué)、光化學(xué)穩(wěn)定性，已被廣泛應(yīng)用于廢水處理、有害氣體凈化、化妝品制造、建筑材料、紡織用品、涂料、太陽能存儲與轉(zhuǎn)換、激光化學(xué)轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域。但是TiO₂是寬帶導(dǎo)體，具有較寬的禁帶寬度（3.0～3.2eV），只有在近紫外光區(qū)才有活性。純TiO₂對太陽光的利用率為4%，所以，近年來為了提高TiO₂的光電子效應(yīng)和對太陽光的利用率，采用金屬摻雜、染料的光敏化、貴金屬的沉積等方法對TiO₂進(jìn)行改性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是解決TiO₂只有在近紫外光區(qū)才有活性、僅采用金屬摻雜對TiO₂進(jìn)行改性的技術(shù)問題，提供一種鈰與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該鈰與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑不僅具有可見光活性，而且光催化活性得到明顯提升。

技術(shù)方案：一種鈰與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑，該光催化劑由鈰、氮和二氧化鈦組成，其中鈰和氮以顆粒狀沉著在二氧化鈦表面。

所述鈰與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將硝酸鈰、氨水和鈦酸丁酯混合，滴加乙醇水溶液，攪拌，超聲，得到反應(yīng)液；

步驟2，將步驟2所得反應(yīng)液在150～180℃水熱反應(yīng)12～24h，離心，沉淀經(jīng)清洗、干燥，即得。

進(jìn)一步地，硝酸鈰、氨水和鈦酸丁酯的摩爾比為0.5～1: 0.5～1：10。

進(jìn)一步地，乙醇水溶液中無水乙醇與水的體積比為1：0.8～1。

進(jìn)一步地，步驟1中超聲功率為70W。

所述鈰與氮共摻雜的二氧化鈦納米光催化劑在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。

有益效果：

1. 采用鈰與氮共摻雜對二氧化鈦進(jìn)行改性，可提高二氧化鈦光催化劑的可見光吸收范圍及電荷分離效率，增加其可見光吸收，從而顯著提高二氧化鈦的可見光活性；

2.以廉價易得的原料，通過微波法迅速制備了鈰與氮共摻雜改性的二氧化鈦光催化劑，操作簡單、合成方便，并且效果明顯；

3. 本發(fā)明的鈰與氮共摻雜二氧化鈦光催化劑與純二氧化鈦光催化劑相比，鈰與氮共摻雜改性二氧化鈦光催化劑的光催化活性得到明顯提升。

附圖說明

圖1為實施例1的鈰與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑的SEM照片，放大倍數(shù)為50nm；

圖2為實施例1的鈰與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑紫外可見漫反射譜圖；

圖3為實施例1的鈰與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑吸附脫附曲線圖；

圖4為實施例2的鈰與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑光催化降解活性曲線圖。

具體實施方式

實施例1

鈰與氮共摻雜的二氧化鈦光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將硝酸鈰、氨水和鈦酸丁酯按摩爾比1：1：10混合，逐滴加入50v/v%乙醇水溶液，持續(xù)攪拌半小時，70W的功率下超聲2小時；

步驟2，將步驟1的溶液裝入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜水熱180℃反應(yīng)24小時，將最終獲得的產(chǎn)品離心分離，用超純水與無水乙醇分別清洗三次，放在烘箱中60℃干燥12小時，研磨備用。

本實施方式中采用的原料為市售分析純原料。

采用掃描電子顯微鏡對制得的Ce-N-MT光催化劑進(jìn)行電鏡掃描，如圖1所示，所得Ce-N-MT光催化劑為納米片，表面有少量鈰與氮共摻雜覆蓋。

采用紫外可見漫反射光譜儀對制得的Ce-N-MT光催化劑進(jìn)行掃描，如圖2所示，所得Ce-N-MT光催化劑相對于Ce-MT和N-MT在可見光區(qū)對光的吸收明顯增強(qiáng)，因此可以產(chǎn)生更多光電子與空穴分離，有助于對于污染物的降解。摻雜鈰與氮越多，光催化劑在全光譜對光的吸收能力得到明顯增強(qiáng)，這說明摻雜鈰與氮共摻雜的二氧化鈦對光能利用明顯得到增強(qiáng)，吸收得到的光能越多，光電子-空穴對產(chǎn)生得越多，能夠利用的空穴與光電子越多，空穴與光電子進(jìn)而產(chǎn)生羥基自由基，并且空穴自身也可以氧化有機(jī)污染物。

采用全自動比表面積儀對制得的Ce-N-MT光催化劑進(jìn)行掃描，如圖3所示，所得Ce-N-MT光催化劑的表面積較大。表面積較大可能是超聲輔助中，產(chǎn)生的空化作用對Ce-N-MT的分散有較大作用，表面積較大，活性位點(diǎn)較多，有助于光催化反應(yīng)的產(chǎn)生，降解污染物的作用增強(qiáng)。

實施例2

采用實施例1制備得到的光催化劑用于氧化處理甲基橙溶液。降解步驟為：

步驟1，準(zhǔn)確稱取20mg的甲基藍(lán)，將其溶于超純水中，并定容至1000mL，制得20mg/L的甲基橙溶液；

步驟2，用移液管準(zhǔn)確移取50mL步驟1得到的甲基橙溶液至反應(yīng)器中，并分別加入40mg摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% AC的TiO₂光催化劑（Ce-N-MT），反應(yīng)體系控制在25℃，分別調(diào)節(jié)催化劑濃度為，在暗光處先吸附平衡半小時，使其達(dá)到吸附脫附平衡；

步驟3：以300w氙燈作為可見光源，將步驟2所得溶液在光照下進(jìn)行光催化降解反應(yīng)，每間隔5～30min時間取樣，并用紫外-可見分光光度法測量甲基橙吸光度，并計算其轉(zhuǎn)化率。結(jié)果見圖4。從圖中可以看出當(dāng)催化劑為Ce-N-MT時，催化效果最好，因為鈰與氮共摻雜的引入對材料對可見光吸收加強(qiáng)，并且鈰與氮共摻雜還可以傳導(dǎo)二氧化鈦導(dǎo)帶的電子，二氧化鈦的光生電子與空穴分離效果增強(qiáng)。