本發(fā)明屬于材料合成領(lǐng)域，具體涉及一種摻雜半導(dǎo)體光催化劑的方法。

背景技術(shù)：

近些年的研究發(fā)現(xiàn)，一系列的鉭酸鹽及二氧化鈦光催化劑都具有較高的光催化活性，是極具前景的光催化材料。但傳統(tǒng)方法制備的鉭酸鹽均有副產(chǎn)物生成，且原料成本相對(duì)較高，而且可見(jiàn)光催化活性很弱。一些學(xué)者通過(guò)摻入n、f等非金屬元素，及l(fā)a、zn等金屬元素來(lái)提高他的光催化效率，縮小禁帶寬度，并拓寬催化劑的激發(fā)波長(zhǎng)范圍。所用的制備方法如固相法需要高溫、強(qiáng)堿等苛刻的實(shí)驗(yàn)條件，摻雜物質(zhì)往往為化學(xué)合成物質(zhì)，污染環(huán)境且浪費(fèi)能源，同時(shí)光催化效率及光響應(yīng)范圍有待拓寬。因此，針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明以生物質(zhì)羊毛作為非金屬摻雜來(lái)源，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的理念，制備出高效率且具有可見(jiàn)光響應(yīng)的natao3光催化劑。

目前國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到以生物質(zhì)為非金屬源，制備可見(jiàn)光響應(yīng)的natao3光催化劑的相關(guān)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種生物質(zhì)摻雜半導(dǎo)體光催化劑及其制備方法，該方法不僅避免了合成鉭酸鈉時(shí)所需的高溫環(huán)境，更用生物質(zhì)代替各類(lèi)無(wú)機(jī)化合物，制備方法簡(jiǎn)單且節(jié)能環(huán)保，所制備的光響應(yīng)natao3光催化劑不僅在紫外光區(qū)的催化活性大大增加，更在可見(jiàn)光區(qū)出現(xiàn)了可觀的光催化活性，該材料在廢水處理，水解制氫等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

(1)將氧化鉭和氫氧化鈉按照摩爾比1:20溶于去離子水中，其中,氧化鉭的濃度為0.025mol/l。

(2)把步驟1配制的混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加入羊毛纖維，所述羊毛纖維與氧化鉭的比例關(guān)系為0.1-1.0kg：1mol，在180-200℃反應(yīng)12-24h，自然冷卻至室溫，得到產(chǎn)物b。

(3)將產(chǎn)物b進(jìn)行離心提純，洗滌產(chǎn)物3-5次直至洗出液呈中性，所得沉淀在室溫下自然干燥，完成natao3光催化劑的摻雜。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)適量的生物質(zhì)羊毛摻雜的natao3在紫外光區(qū)的光催化活性較純natao3的光催化活性提高了近25％，并在可見(jiàn)光區(qū)出現(xiàn)了較強(qiáng)的光催化活性。

(2)本發(fā)明用生物質(zhì)羊毛作為非金屬摻雜來(lái)源，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的理念。

(3)生物質(zhì)羊毛摻雜光響應(yīng)natao3光催化劑由于催化效率高，在廢水處理、水解制氫等領(lǐng)域有應(yīng)用價(jià)值。

(4)本方法既可以用于natao3的摻雜，也可以用于其他如tio2等金屬半導(dǎo)體光催化劑的摻雜，提高光催化活性。

(5)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，節(jié)能環(huán)保，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1是不同羊毛摻雜比例的光響應(yīng)natao3光催化劑的紫外光催化活性圖。

圖2是不同羊毛摻雜比例的光響應(yīng)natao3光催化劑的可見(jiàn)光催化活性圖。

圖3是經(jīng)羊毛摻雜后的光響應(yīng)natao3光催化劑的eds譜圖。

圖4是經(jīng)羊毛摻雜后的光響應(yīng)natao3光催化劑的tem圖像。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

稱取0.442g(1mmol)氧化鉭和1.6g(40mmol)氫氧化鈉置于燒杯中，向其中加入40ml去離子水，混合均勻后裝入反應(yīng)釜中,向其中加入1g經(jīng)粉碎并洗凈的羊毛顆粒，將反應(yīng)釜放入烘箱中在180℃反應(yīng)12h，然后自然冷卻至室溫，將所得樣品離心提純，用去離子水及乙醇洗滌產(chǎn)物4次直至洗凈雜質(zhì)離子，在室溫下自然干燥，即制得所述的以羊毛作為生物質(zhì)摻雜光響應(yīng)natao3光催化劑，其中羊毛纖維與氧化鉭的比例為1kg：1mol。該催化劑的eds能譜如圖3所示，從圖中可以看出,該方法成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)natao3的n、s摻雜。該催化劑的透射電鏡圖像如圖4所示，晶粒屬于較規(guī)整的立方晶結(jié)構(gòu)，該催化劑在紫外及可見(jiàn)光下的催化效率均有顯著提高。

實(shí)施例2：

稱取0.530g(1.2mmol)氧化鉭和1.92g(48mmol)氫氧化鈉置于燒杯中，向其中加入48ml去離子水，混合均勻后裝入反應(yīng)釜中,向其中加入0.2g經(jīng)粉碎并洗凈的羊毛顆粒，將反應(yīng)釜放入烘箱中在200℃反應(yīng)24h，然后自然冷卻至室溫，將所得樣品離心提純，用去離子水及乙醇洗滌產(chǎn)物3次直至洗凈雜質(zhì)離子，在室溫下自然干燥，即制得所述的以羊毛作為生物質(zhì)摻雜光響應(yīng)natao3光催化劑，該催化劑在紫外及可見(jiàn)光下的催化效率均有顯著提高。

實(shí)施例3：

稱取0.663g(1.5mmol)氧化鉭和2.4g(60mmol)氫氧化鈉置于燒杯中，向其中加入60ml去離子水，混合均勻后裝入反應(yīng)釜中,向其中加入1.0g經(jīng)粉碎并洗凈的羊毛顆粒，將反應(yīng)釜放入烘箱中在180℃反應(yīng)24h，然后自然冷卻至室溫，將所得樣品離心提純，用去離子水及乙醇洗滌產(chǎn)物5次直至洗凈雜質(zhì)離子，在室溫下自然干燥，即制得所述的以羊毛作為生物質(zhì)摻雜光響應(yīng)natao3光催化劑，該催化劑在紫外及可見(jiàn)光下的催化效率均有所提高。

實(shí)施例4：

稱取0.442g(1mmol)氧化鉭和1.6g(40mmol)氫氧化鈉置于燒杯中，向其中加入40ml去離子水，混合均勻后裝入反應(yīng)釜中,分別向其中加入0.2g、0.4g、0.6g、0.8g經(jīng)粉碎并洗凈的羊毛顆粒，將反應(yīng)釜放入烘箱中在180℃反應(yīng)12h，然后自然冷卻至室溫，將所得樣品離心提純，用去離子水及乙醇洗滌產(chǎn)物4次直至洗凈雜質(zhì)離子，在室溫下自然干燥，得到系列不同摻雜量的natao3光催化劑，紫外光下的催化效果如圖1所示，可見(jiàn)光下的催化效果如圖2所示，圖中的比例關(guān)系為羊毛纖維(kg)：氧化鉭(mol)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種摻雜半導(dǎo)體光催化劑的方法，以羊毛纖維為氮源、硫源，對(duì)半導(dǎo)體光催化材料進(jìn)行摻雜，提高半導(dǎo)體光催化材料光響應(yīng)范圍和光催化活性。首先將氧化鉭、氫氧化鈉和去離子水以一定的比例混合，得到混合物A，將混合物A和一定量的羊毛放入反應(yīng)釜中；制得N、S共摻雜NaTaO3光催化劑。利用該方法制備的光催化劑無(wú)論在紫外光區(qū)還是在可見(jiàn)光區(qū)相比于NaTaO3本身的催化活性有了很大的提高。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，節(jié)能環(huán)保，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)研發(fā)人員：羅逾卓;孫燁華;傅雅琴;董余兵;王瑞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.22
技術(shù)公布日：2017.07.28