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1、(10)申请公布号 CN 103611560 A (43)申请公布日 2014.03.05 CN 103611560 A (21)申请号 201310644515.0 (22)申请日 2013.12.05 B01J 27/24(2006.01) (71)申请人 河南师范大学 地址 453007 河南省新乡市建设东路 46 号 (72)发明人 刘玉民 吕华 李紫金 汤海波 丁志伟 李爽 (74)专利代理机构 新乡市平原专利有限责任公 司 41107 代理人 路宽 (54) 发明名称 一种 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂及其制备方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种 TiO2-CaTaO。
2、2N 复合光催化 剂及其制备方法， 属于无机功能材料领域。本发 明的技术方案要点为 ： 一种 TiO2-CaTaO2N 复合光 催化剂， 是由 TiO2与 CaTaO2N 粉体复合而形成的， 其中 TiO2与 CaTaO2N 的摩尔比为 6-16:1。本发明 还公开了该 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂的制备方 法。本发明 TiO2与 CaTaO2N 的复合可以大大拓宽 TiO2的光谱响应范围， 使 TiO2在可见光区域有良 好的吸收， 提高了太阳能的利用率 ； 另外， TiO2与 CaTaO2N 的复合能够有效减小光生电子和空穴的 复合概率， 提高 TiO2的光催化活性。 (51)In。
3、t.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103611560 A CN 103611560 A 1/1 页 2 1. 一种 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂， 其特征在于是由 TiO2与 CaTaO2N 粉体复合而形成 的 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂， 其中 TiO2与 CaTaO2N 的摩尔比为 6-16:1。 2. 一种权利要求 1 所述的 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂的制备方法， 其特征在于包括以 下步骤 ：（1） 将。
4、五氯化钽、 碳酸钙和柠檬酸按摩尔比 1:1:10 的比例用无水甲醇配成混合溶 液 A， 在搅拌的条件下在混合溶液 A 中加入乙二醇形成混合溶液 B， 其中乙二醇的加入量为 混合溶液 A 中柠檬酸摩尔量的 5 倍， 然后将混合溶液 B 在 30的水浴中保持 2 小时得湿凝 胶， 湿凝胶经 120干燥得干凝胶 ；（2） 将步骤 （1） 所得的干凝胶在空气气氛下 500煅烧 2 小时， 然后在氨气气氛下 1000煅烧 10 小时得 CaTaO2N 粉体 ；（2） 在搅拌的条件下将钛 酸四丁酯和步骤 （2） 所得 CaTaO2N 粉体按照摩尔比为 6-16:1 的比例加入到无水乙醇中形 成混合溶液 C。
5、， 其中钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为 1:2 ；（4） 将无水乙醇和质量浓度为 40%的柠檬酸溶液配成混合溶液D， 其中无水乙醇与质量浓度为40%的柠檬酸溶液的体积比 为 1:1 ；（5） 在搅拌的条件下， 按照混合溶液 C 与混合溶液 D 中无水乙醇体积比为 1:1 的比 例将混合溶液 D 滴加到混合溶液 C 中， 水解形成溶胶， 继续搅拌得凝胶， 凝胶经 110干燥 得干凝胶 ；（6） 将步骤 （5） 所得干凝胶于 450-500保持 2 小时后得到具有高催化活性的 TiO2-CaTaO2N 复合型光催化剂。 权 利 要 求 书 CN 103611560 A 2 1/3 页 3 一种 T。
6、iO2-CaTaO2N 复合光催化剂及其制备方法 技术领域 0001 本发明属于无机环保光催化材料技术领域， 具体涉及一种 TiO2-CaTaO2N 复合光催 化剂及其制备方法。 背景技术 0002 随着工业进步和社会发展， 工业废水的排放量亦日趋增加， 已对人类的生存安全 和社会可持续发展构成重大威胁， 成了世界性头号环境治理的难题。作为一种高级氧化技 术， 半导体光催化技术能将许多废水中难分解的有机物彻底矿化， 具有反应速度快、 降解效 率高、 操作简单及无二次污染等优点， 为工业废水的治理开辟了新途径。 在众多的半导体光 催化材料中， TiO2光催化剂具有催化活性高、 稳定性好、 价格便。
7、宜、 无毒等优良性能， 被认为 是最具有潜在应用价值的光催化材料。 但TiO2禁带宽度为3.2 eV， 只有在波长小于387 nm 的紫外线下才能激发其催化活性。 在到达地面的太阳能中， 这一波段的能量尚不足5%， 而可 见光部分的比例却占到太阳能的 45% 左右。此外， TiO2光催化剂在光催化过程中光生电子 和空穴容易复合， 催化效率低。因此， 如何拓宽 TiO2光催化剂光谱响应范围、 提高其光量子 效率成为光催化学科研究的重点和难点。 0003 CaTaO2N 是一种过渡金属氧氮化物， 由于二价氧元素部分被电负性较小的三价氮 元素取代， 金属阳离子或多或少被还原， 晶体结构发生变化， C。
8、aTaO2N 因而表现出新的光、 电、 磁 , 力学性能。研究表明， CaTaO2N 的禁带宽度为 2.4 eV， 能吸收波长小于 517 nm 的可 见光。为了拓宽 TiO2的光谱响范围， 将其与具有理想带隙的 CaTaO2N 相复合， 利用两种半导 体之间的能级差能使光生截流子由一种半导体微粒的能级注入到另一种半导体的能级上， 使电荷有效分离， 是提高 TiO2太阳能利用率和光量子效率的有效途径。TiO2光催化剂的导 带电势ECB=-0.29 eV， 价带电势EVB=2.91 eV， 而CaTaO2N光催化剂的导带电势ECB=-1.26 eV， 价带电势 EVB=1.34 eV。在 TiO。
9、2/CaTaO2N 复合半导体中， CaTaO2N 的导带电势更负， 光生电子 容易从能级低的 CaTaO2N 导带迁移到能级高的 TiO2导带上， 同时， TiO2的价带电势更正， 光 生空穴容易从能级高的 TiO2价带迁移到能级低的 CaTaO2N 价带上， 从而提高光生电荷的分 离率， 扩展了 TiO2的光谱响应范围。 发明内容 0004 本发明解决的技术问题是提供了一种太阳能利用率高， 光催化活性好的 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂。 0005 本发明解决的另一个技术问题是提供了一种操作简单且易于实现的TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂的制备方法。 0006 本发明的技术方。
10、案为 ： 一种 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂， 其特征在于是由 TiO2与 CaTaO2N 粉体复合而形成的 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂， 其中 TiO2与 CaTaO2N 的摩尔比为 6-16:1。 0007 本发明所述的 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂的制备方法， 其特征在于包括以下步 说 明 书 CN 103611560 A 3 2/3 页 4 骤 ：（1） 将五氯化钽、 碳酸钙和柠檬酸按摩尔比 1:1:10 的比例用无水甲醇配成混合溶液 A， 在搅拌的条件下在混合溶液 A 中加入乙二醇形成混合溶液 B， 其中乙二醇的加入量为混合 溶液 A 中柠檬酸摩尔量的。
11、 5 倍， 然后将混合溶液 B 在 30的水浴中保持 2 小时得湿凝胶， 湿凝胶经 120干燥得干凝胶 ；（2） 将步骤 （1） 所得的干凝胶在空气气氛下 500煅烧 2 小 时， 然后在氨气气氛下1000煅烧10小时得CaTaO2N粉体 ；（2） 在搅拌的条件下将钛酸四丁 酯和步骤 （2） 所得 CaTaO2N 粉体按照摩尔比为 6-16:1 的比例加入到无水乙醇中形成混合溶 液 C， 其中钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为 1:2 ；（4） 将无水乙醇和质量浓度为 40% 的柠 檬酸溶液配成混合溶液 D， 其中无水乙醇与质量浓度为 40% 的柠檬酸溶液的体积比为 1:1 ； （5） 在搅拌的条。
12、件下， 按照混合溶液 C 与混合溶液 D 中无水乙醇体积比为 1:1 的比例将混合 溶液 D 滴加到混合溶液 C 中， 水解形成溶胶， 继续搅拌得凝胶， 凝胶经 110干燥得干凝胶 ； （6） 将步骤 （5） 所得干凝胶于 450-500保持 2 小时后得到具有高催化活性的 TiO2-CaTaO2N 复合型光催化剂。 0008 本发明与现有技术相比具有以下显著优点 ： 1、 TiO2与 CaTaO2N 的复合可以大大拓 宽 TiO2的光谱响应范围， 使 TiO2在可见光区域有良好的吸收， 提高了太阳能的利用率 ； 2、 TiO2与CaTaO2N的复合能够有效减小光生电子和空穴的复合概率， 提高。
13、TiO2的光催化活性 ； 3、 本发明 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂的制备方法简单， 易于控制。 附图说明 0009 图 1 为 300 W 的高压汞灯照射下， 本发明实施例 1 所制备的 TiO2-CaTaO2N 复合光 催化剂和商用TiO2 (P25)对亚甲基蓝降解情况的对比曲线 （操作条件 ： 催化剂量 ： 0.5 g/L， 亚甲基蓝的浓度 ： 50 mg/L） 。 具体实施方式 0010 以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明， 但不应该将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例， 凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发 明的范围。 0011 实施例 1 。
14、（1） 将物质的量分别为 0.01mol、 0.01mol、 0.1mol 的五氯化钽、 碳酸钙和柠檬酸加入到 100mL 无水甲醇配成混合溶液 A， 在搅拌的条件下向混合溶液 A 中加入 0.5mol 乙二醇得混 合溶液 B， 然后将混合溶液 B 在 30的水浴中保持 2 小时得湿凝胶， 湿凝胶经 120干燥得 干凝胶 ； （2） 将步骤 （1） 所得的干凝胶在空气气氛下经 500煅烧 2 小时， 然后在氨气气氛下经 1000煅烧 10 小时得 CaTaO2N 粉体 ； （3）在搅拌条件下将 21.1mL（0.06mol）的钛酸四丁酯和步骤 （2）所得 0.01mol 的 CaTaO2N 粉。
15、体加入到 42.2mL 无水乙醇中形成混合溶液 C ； （4） 将 42.2mL 无水乙醇和 42.2mL 质量浓度为 40% 的柠檬酸溶液配成混合溶液 D ； （5） 在搅拌的条件下， 将混合溶液D滴加到混合溶液C中， 水解形成溶胶， 继续搅拌得凝 胶， 凝胶经 110干燥得干凝胶 ； （6） 将步骤 （5） 所得干凝胶转移到马弗炉中在 450保持 2 小时后得到具有高催化活 说 明 书 CN 103611560 A 4 3/3 页 5 性的 TiO2-CaTaO2N 复合型光催化剂。由图 1 可以看出制备的 TiO2-CaTaO2N 复合光催化剂与 TiO2光催化剂相比在相同的降解时间下具。
16、有较高的降解率， 因此 TiO2-CaTaO2N 复合光催化 剂不但提高了光催化活性， 具有较好的光催化效果， 同时也提高了对太阳能的利用效率。 0012 实施例 2 （1） 将物质的量分别为 0.01mol、 0.01mol、 0.1mol 的五氯化钽、 碳酸钙和柠檬酸加入到 50mL 无水甲醇配成混合溶液 A， 在搅拌的条件下向混合溶液 A 中加入 0.5mol 乙二醇得混合 溶液 B， 然后将混合溶液 B 在 30的水浴中保持 2 小时得湿凝胶， 湿凝胶经 120干燥得干 凝胶 ； （2） 将步骤 （1） 所得的干凝胶在空气气氛下经 500煅烧 2 小时， 然后在氨气气氛下经 1000煅。
17、烧 10 小时得 CaTaO2N 粉体 ； （3） 在搅拌条件下将 35.2mL （0.1mol） 的钛酸四丁酯和步骤 （2） 所得 0.01mol 的 CaTaO2N 粉体加入到 70.4mL 无水乙醇中形成混合溶液 C ； （4） 将 70.4mL 无水乙醇和 70.4mL 质量浓度为 40% 的柠檬酸溶液配成混合溶液 D ； （5） 在搅拌的条件下， 将混合溶液D滴加到混合溶液C中， 水解形成溶胶， 继续搅拌得凝 胶， 凝胶经 110干燥得干凝胶 ； （6） 将步骤 （5） 所得干凝胶转移到马弗炉中在 500保持 2 小时后得到具有高催化活 性的 TiO2-CaTaO2N 复合型光催化剂。
18、。 0013 实施例 3 （1） 将物质的量分别为 0.01mol、 0.01mol、 0.1mol 的五氯化钽、 碳酸钙和柠檬酸加入到 25mL 无水甲醇配成混合溶液 A， 在搅拌的条件下向混合溶液 A 中加入 0.5mol 乙二醇得混合 溶液 B， 然后将混合溶液 B 在 30的水浴中保持 2 小时得湿凝胶， 湿凝胶经 120干燥得干 凝胶 ； （2） 将步骤 （1） 所得的干凝胶在空气气氛下经 500煅烧 2 小时， 然后在氨气气氛下经 1000煅烧 10 小时得 CaTaO2N 粉体 ； （3）在搅拌条件下将 56.4mL（0.16mol）的钛酸四丁酯和步骤 （2）所得 0.01mol。
19、 的 CaTaO2N 粉体加入到 112.8mL 无水乙醇中形成混合溶液 C ； （4） 将 112.8mL 无水乙醇和 112.8mL 质量浓度为 40% 的柠檬酸溶液配成混合溶液 D ； （5） 在搅拌的条件下， 将混合溶液D滴加到混合溶液C中， 水解形成溶胶， 继续搅拌得凝 胶， 凝胶经 110干燥得干凝胶 ； （6） 将步骤 （5） 所得干凝胶转移到马弗炉中在 500保持 2 小时后得到具有高催化活 性的 TiO2-CaTaO2N 复合型光催化剂。 0014 以上实施例描述了本发明的基本原理、 主要特征及优点。本行业的技术人员应该 了解， 本发明不受上述实施例的限制， 上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理， 在不脱离本发明原理的范围下， 本发明还会有各种变化和改进， 这些变化和改进均落入 本发明保护的范围内。 说 明 书 CN 103611560 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103611560 A 6 。