CN114308034A - 一种(ⅲ)、(ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种(ⅲ)、(ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114308034A CN114308034A CN202111483670.XA CN202111483670A CN114308034A CN 114308034 A CN114308034 A CN 114308034A CN 202111483670 A CN202111483670 A CN 202111483670A CN 114308034 A CN114308034 A CN 114308034A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transition metal
- metal ions
- valence
- iii
- srtio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 25
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 19
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 229910002370 SrTiO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910018916 CoOOH Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910001631 strontium chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 14
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims description 8
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O azanium;oxido(dioxo)vanadium Chemical compound [NH4+].[O-][V](=O)=O UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 5
- FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);trinitrate Chemical compound [La+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910017569 La2(CO3)3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021551 Vanadium(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QUEDYRXQWSDKKG-UHFFFAOYSA-M [O-2].[O-2].[V+5].[OH-] Chemical compound [O-2].[O-2].[V+5].[OH-] QUEDYRXQWSDKKG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NZPIUJUFIFZSPW-UHFFFAOYSA-H lanthanum carbonate Chemical compound [La+3].[La+3].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O NZPIUJUFIFZSPW-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 2
- 229960001633 lanthanum carbonate Drugs 0.000 claims description 2
- JLRJWBUSTKIQQH-UHFFFAOYSA-K lanthanum(3+);triacetate Chemical compound [La+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O JLRJWBUSTKIQQH-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- ICAKDTKJOYSXGC-UHFFFAOYSA-K lanthanum(iii) chloride Chemical compound Cl[La](Cl)Cl ICAKDTKJOYSXGC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 2
- HQYCOEXWFMFWLR-UHFFFAOYSA-K vanadium(iii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[V+3] HQYCOEXWFMFWLR-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 2
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种（Ⅲ）、（Ⅴ）价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂及其制备方法，属于光催化纳米材料的合成技术领域，所述的光催化剂具有很好的催化活性和稳定性；而且制备工艺操作简单，实验环境安全，反应条件温和，所用试剂价格低廉。本发明以La源化合物和V源化合物按比例与SrTiO3和SrCl2均匀混合，在一定温度下热处理，再经大量水洗，除去多余SrCl2，烘干后得到目标产物，得到La,V双过渡金属离子共掺杂SrTiO3，担载RhCrOx和CoOOH作为助催化剂，其中La摩尔占比为1%~5%，V摩尔占比为1%~5%，制备得到的光催化剂能够在可见光下实现纯水分解。
Description
技术领域
本发明属于光催化纳米材料的合成技术领域，尤其涉及一种(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂及其制备方法。
背景技术
半导体光催化在温和条件下能促成多类困难的化学反应有利进行，例如光催化降解有机物、光催化合成氨、甲醇及其它高附加值的化工原料，光催化分解水等，这被认为是一种将光子能量转化为化学能的关键技术。由于氢具有较高的燃烧热值和环境友好性，被认为是一种清洁的替代能源，2 mol的水分解可生成2 mol的氢气和1 mol氧气，在以光能源的利用为前提转化成可存储的氢能时，光催化纯水分解技术就以很高的水准可能替代化石燃料的纯粹消耗机制，因而成为研究热门。但是水分解反应是一个热力学上的“爬坡”过程，分解水占用的大比重能耗致使水分解产氢的策略无法大面积投入实际生产。
自从1972年Fujishima和Honda利用金红石型TiO2阳极和铂阴极进行光电化学的水分解以来，人们一直致力于构建高效的多相光催化的研究。到目前为止，已经有大量的半导体光催化剂被研究出来，如硫化物(CdS)、氮化物(Ta3N5)和金属氧化物(TiO2)等。SrTiO3具有简单的立方钙钛矿结构，还原后为n型半导体，禁带宽度为3.2 eV。在研究早期，SrTiO3已经被一些尝试证明可以作为光电极电解水产氢。截至目前，SrTiO3基半导体材料又被证实可在无偏压下转化太阳能进行纯水分解。然而如何促进光生载流子的激发，以及载流子的分离和迁移效率的进一步提高，都是目前该领域研究的重中之重。
但是，由于SrTiO3半导体材料的较宽的带隙，且仅对紫外光响应，这极大地限制了SrTiO3半导体光催化剂的应用。掺杂是调节能带结构、提高光生载流子分离效率以及拓展吸收范围到可见光区的重要手段之一。通过金属掺杂，一方面可在带隙中引入额外的掺杂能级，从而降低能量势垒并诱导新的光吸收边缘，提高光生电子与空穴的分离效率；另一方面使用贵金属离子掺杂的SrTiO3通过表面等离子体共振效应可以捕获更多的可见光。研究表明，通过掺杂V金属离子可以提高SrTiO3的光催化活性，但是活性依然较低。
发明内容
本发明提供了一种(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂及其制备方法，所述的光催化剂具有很好的催化活性和稳定性；而且制备工艺操作简单，反应条件温和，所用试剂价格低廉。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种(Ⅲ)价和(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂，所述光催化剂为（Ⅲ）价和(Ⅴ)价双过渡金属离子掺杂SrTiO3，并担载RhCrOx和CoOOH作为助催化剂，所述（Ⅲ）价过渡金属离子对Ti的摩尔占比为1%~5%，(Ⅴ)价双过金属离子对Ti摩尔占比为1%~5%，所述RhCrOx和CoOOH的担载量分别为1.0wt%。
所述（Ⅲ）价过渡金属离子与(Ⅴ)价过渡金属离子等摩尔比；
所述（Ⅲ）价过渡金属离子为La、Y，所述(Ⅴ)价过渡金属离子为V、Nb、Ta。
一种(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将定量的乙二醇、钛酸异丙酯充分混合后，加入一定量的柠檬酸和定量摩尔比的（Ⅲ）价过渡金属化合物、(Ⅴ)价过渡金属化合物，80~180℃范围内加热搅拌10~15小时，获得树脂状凝胶，凝胶干燥后在300~800℃空气中热处理8~12小时，获得双过渡金属离子共掺杂的SrTiO3前驱体；
（2）将步骤(1)中热处理后获得的双过渡金属离子共掺杂SrTiO3前驱体与过量SrCl2均匀搅拌后，于800-1200℃保温8-12小时；
（3）将步骤(2)得到的高温熔盐热处理后的样品洗涤除去多余的SrCl2，干燥后得到双过渡金属离子共掺杂SrTiO3纳米颗粒；
（4）将步骤(3)合成的双过渡金属离子共掺杂SrTiO3纳米颗粒与一定量的NaRhCl6和Cr(NO3)3，按各自占双过渡金属离子共掺杂SrTiO3质量比0.01wt%~0.5wt%，均匀混合1~5小时，于200-800℃保温1-5小时，制得RhCrOx/双过渡金属离子共掺杂SrTiO3纳米颗粒；
（5）将步骤(4)合成的RhCrOx/双过渡金属离子共掺杂SrTiO3纳米颗粒分散水中，加入质量比为0.01wt%~0.5wt%的硝酸钴，300W氙灯光照1-5小时后，过滤洗涤并烘干，制得RhCrOx/双过渡金属离子共掺杂SrTiO3/CoOOH纳米复合光催化剂。
以上所述步骤中，步骤（1）中所述（Ⅲ）价过渡金属化合物为含镧化合物，所述的含镧化合物为氧化镧、碳酸镧、醋酸镧、硝酸镧、氯化镧中的一种或多种，所述(Ⅴ)价过渡金属化合物为含钒化合物，所述含钒化合物为三氧化钒、五氧化钒、偏钒酸铵、三氯化钒中的一种或多种；步骤(3)中得到的纳米颗粒的尺寸为100-500纳米。
有益效果：本发明提供了一种(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂及其制备方法，采用聚合物络合熔融盐法制备（Ⅲ）、（Ⅴ）价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂，所得催化剂为La，V金属离子掺杂SrTiO3，相比于纯相SrTiO3材料，其晶格氧同缺陷氧的比例有了明显的提升，有利于光生载流子的快速跃迁；本发明制备的RhCrOx/La,V-SrTiO3/CoOOH材料能实现可见光下整体纯水分解，在光催化反应中具有很好的催化活性和稳定性；而且本发明制备工艺操作简单，反应条件温和安全，所用试剂价格低廉。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的La,V-SrTiO3催化剂的透射电镜图；
图2是本发明实施例1制得的La,V-SrTiO3催化剂的扫描电镜图；
图3是本发明实施例2制得的RhCrOx/La,V-SrTiO3/CoOOH光催化纯水分解活性图；
图4是本发明实施例2制得的RhCrOx/La,V-SrTiO3/CoOOH光催化纯水分解5次循环的稳定性测试活性图；
图5是本发明实施例1制得的La,V-SrTiO3催化剂及不添加La、V元素SrTiO3氧缺陷和晶格氧对比的XPS测试O1s分峰图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1
一种(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂的制备方法，包括以下步骤：
分别称取0.008mol的硝酸镧、0.008mol的偏钒酸铵和0.080mol的SrTiO3，在玛瑙研钵中混合研磨1h，将研磨后的混合物置于球磨机中，4000转速下球磨10h，再加入1mol的SrCl2继续球磨1h。将球磨后的混合物过筛分离，并置于马弗炉中，在800度下保温12小时。取出后用大量去离子水抽滤洗涤，随后将材料置于干燥箱中80度过夜干燥，即得到La,V-SrTiO3纳米催化剂材料，取0.5gLa,V-SrTiO3纳米颗粒，加入2.5mg的NaRhCl6和2.5mg的Cr(NO3)3，球磨混合1小时，于空气中600度煅烧2小时后，分散于100ml水中，加入2.5mgCo(NO3)2，300W氙灯光照8小时后，过滤洗涤并烘干，制得RhCrOx/La,V-SrTiO3/CoOOH纳米复合光催化剂。
上述方法得到的V-SrTiO3纳米催化剂材料的TEM图如图1所示，其晶型保持了与SrTiO3相同的立方体钙钛矿型，说明少量金属离子掺杂对其晶型改变影响不大。
如图5所示，制得的La,V-SrTiO3催化剂及不添加La、V元素SrTiO3氧缺陷和晶格氧对比的XPS测试O1s分峰图，上述所得催化剂为La，V金属离子掺杂SrTiO3，相比于纯相SrTiO3材料，其晶格氧同缺陷氧的比例有了明显的提升，有利于光生载流子的快速跃迁。
实施例2
一种(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂的制备方法，包括以下步骤：
分别称取0.005mol的硝酸镧、0.005mol的偏钒酸铵和0.09mol的SrTiO3，在玛瑙研钵中混合研磨1h，将研磨后的混合物置于球磨机中，4000转速下球磨24h，再加入1mol的SrCl2继续球磨1h。将球磨后的混合物过筛分离，并置于马弗炉中，在1000度下保温8小时。取出后用大量去离子水抽滤洗涤，随后将材料置于干燥箱中80度过夜干燥，即得到La,V-SrTiO3纳米催化剂材料，取0.5g La,V-SrTiO3纳米颗粒，加入1.0mg的NaRhCl6和2.5mg的Cr(NO3)3，球磨混合1小时，于空气中400度煅烧3小时后，分散于100ml水中，加入1.5mgCo(NO3)2，300W氙灯光照5小时后，过滤洗涤并烘干，制得RhCrOx/La,V-SrTiO3/CoOOH纳米复合光催化剂。
上述方法制备得到的RhCrOx/La,V-SrTiO3/CoOOH纳米复合光催化剂扫描电镜图如图2所示，La,V-SrTiO3纳米颗粒尺寸为100-500纳米，晶型为立方体结构。
将上述得到的RhCrOx/La,V-SrTiO3/CoOOH纳米复合光催化剂用于光催化纯水分解，光催化水分解测试前，在紫外-可见全光谱照射纯水中测试其光催化水分解性能，催化剂用量为20mg，纯水100ml，光源为300W氙灯，如图3所示，RhCrOx/La,V-SrTiO3/CoOOH纳米催化剂平均析氢速率为1510μmol/h/g，析氧速率为740μmol/h/g，氢氧比接近2：1。
如图4所示的5次循环的稳定性测试结果显示RhCrOx/La,V-SrTiO3/CoOOH纳米复合光催化剂5次循环后光催化效果没有变化，说明上述光催化剂具有较好的稳定性。
实施例3
一种(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂的制备方法，包括以下步骤：
分别称取0.001mol的硝酸镧、0.001mol的偏钒酸铵和0.098mol的SrTiO3，在玛瑙研钵中混合研磨1h，将研磨后的混合物置于球磨机中，4000转速下球磨24h，再加入1mol的SrCl2继续球磨1h。将球磨后的混合物过筛分离，并置于马弗炉中，在800度下保温4小时。取出后用大量去离子水抽滤洗涤，随后将材料置于干燥箱中80度过夜干燥，即得到La,V-SrTiO3纳米催化剂材料，取0.5g La,V-SrTiO3纳米颗粒，加入1.5mg的NaRhCl6和0.5mg的Cr(NO3)3，球磨混合5小时，于空气中500度煅烧2小时后，分散于100ml水中，加入2.5mgCo(NO3)2，300W氙灯光照4小时后，过滤洗涤并烘干，制得RhCrOx/La,V-SrTiO3/CoOOH纳米复合光催化剂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种(Ⅲ)价和(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂，其特征在于，所述光催化剂为（Ⅲ）价和(Ⅴ)价双过渡金属离子掺杂SrTiO3，并担载RhCrOx和CoOOH作为助催化剂，所述（Ⅲ）价过渡金属离子对Ti的摩尔占比为1%~5%，(Ⅴ)价双过金属离子对Ti的摩尔占比为1%~5%，所述RhCrOx和CoOOH的担载量分别为1.0wt%。
2.根据权利要求1所述的(Ⅲ)价和(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂，其特征在于，所述（Ⅲ）价过渡金属离子与(Ⅴ)价过渡金属离子等摩尔比。
3.根据权利要求1或2所述的(Ⅲ)价和(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂，其特征在于，所述（Ⅲ）价过渡金属离子为La、Y，所述(Ⅴ)价过渡金属离子为V、Nb、Ta。
4.权利要求1-3任一项所述(Ⅲ)价和(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂用于光催化纯水分解。
5.一种(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将定量的乙二醇、钛酸异丙酯充分混合后，加入一定量的柠檬酸和定量摩尔比的（Ⅲ）价过渡金属化合物、(Ⅴ)价过渡金属化合物，80~180℃加热搅拌10~15小时，获得树脂状凝胶，凝胶干燥后在300~800℃空气中热处理8~12小时，获得双过渡金属离子共掺杂的SrTiO3前驱体；
（2）将步骤(1)中热处理后获得的双过渡金属离子共掺杂SrTiO3前驱体与过量SrCl2均匀搅拌后，于800-1200℃保温8-12小时；
（3）将步骤(2)得到的高温熔盐热处理后的样品洗涤除去多余的SrCl2，干燥后得到双过渡金属离子共掺杂SrTiO3纳米颗粒；
（4）将步骤(3)合成的双过渡金属离子共掺杂SrTiO3纳米颗粒与一定量的NaRhCl6和Cr(NO3)3，按各自占双过渡金属离子共掺杂SrTiO3质量比0.01wt%~0.5wt%，均匀混合1~5小时，于200-800℃保温1-5小时，制得RhCrOx/双过渡金属离子共掺杂SrTiO3纳米颗粒；
（5）将步骤(4)合成的RhCrOx/双过渡金属离子共掺杂SrTiO3纳米颗粒分散水中，加入质量比为0.01wt%~0.5wt%的硝酸钴，300W氙灯光照1-5小时后，过滤洗涤并烘干，制得RhCrOx/双过渡金属离子共掺杂SrTiO3/CoOOH纳米复合光催化剂。
6.根据权利要求5所述的(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述（Ⅲ）价过渡金属化合物为含镧化合物，所述(Ⅴ)价过渡金属化合物为含钒化合物。
7.根据权利要求5或6所述的(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂的制备方法，其特征在于，所述的含镧化合物为氧化镧、碳酸镧、醋酸镧、硝酸镧、氯化镧中的一种或多种，所述含钒化合物为三氧化钒、五氧化钒、偏钒酸铵、三氯化钒中的一种或多种。
8.根据权利要求5所述的(Ⅲ)、(Ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中得到的纳米颗粒的尺寸为100-500纳米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111483670.XA CN114308034A (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 一种(ⅲ)、(ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111483670.XA CN114308034A (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 一种(ⅲ)、(ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114308034A true CN114308034A (zh) | 2022-04-12 |
Family
ID=81047975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111483670.XA Pending CN114308034A (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 一种(ⅲ)、(ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114308034A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115893531A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-04-04 | 安徽大学 | 一种La、Rh共掺的SrTiO3纳米管阵列及其制备方法和应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005040788A (ja) * | 2003-07-07 | 2005-02-17 | Shinya Matsuo | 光触媒 |
| CN105283246A (zh) * | 2013-06-21 | 2016-01-27 | Toto株式会社 | 可见光应答型光触媒材料 |
| CN108636398A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-10-12 | 武汉大学 | 一种钒掺杂钛酸锶纳米光催化材料的制备方法 |
| CN112023938A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-12-04 | 南京航空航天大学 | 一种双金属离子掺杂的纳米复合光催化剂及其制备方法 |
-
2021
- 2021-12-07 CN CN202111483670.XA patent/CN114308034A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005040788A (ja) * | 2003-07-07 | 2005-02-17 | Shinya Matsuo | 光触媒 |
| CN105283246A (zh) * | 2013-06-21 | 2016-01-27 | Toto株式会社 | 可见光应答型光触媒材料 |
| CN108636398A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-10-12 | 武汉大学 | 一种钒掺杂钛酸锶纳米光催化材料的制备方法 |
| CN112023938A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-12-04 | 南京航空航天大学 | 一种双金属离子掺杂的纳米复合光催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HYUN WOO KANG等: "Effect of tri-doping on H2 evolution under visible light irradiation on SrTiO3:Ni/Ta/La prepared by spray pyrolysis from polymeric precursor", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115893531A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-04-04 | 安徽大学 | 一种La、Rh共掺的SrTiO3纳米管阵列及其制备方法和应用 |
| CN115893531B (zh) * | 2022-11-23 | 2024-04-02 | 安徽大学 | 一种La、Rh共掺的SrTiO3纳米管阵列及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112023938B (zh) | 一种双金属离子掺杂的纳米复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN113663693B (zh) | 一种硫化铟锌-二氧化钛复合材料的制备方法及其在生产双氧水用于废水治理中的应用 | |
| CN102824921A (zh) | 一种Ag2S/Ag3PO4复合光催化剂的制备方法 | |
| CN111151246A (zh) | 一种金原子/二氧化钛复合材料、其制备方法及用途 | |
| CN105664995A (zh) | 一种多元素共掺杂纳米二氧化钛光催化材料 | |
| Shao et al. | Nanoheterostructures of potassium tantalate and nickel oxide for photocatalytic reduction of carbon dioxide to methanol in isopropanol | |
| CN112473712A (zh) | 采用不同气氛处理的CeO2/g-C3N4异质结材料及其制备方法和应用 | |
| CN112717908A (zh) | 一种单原子负载光二氧化钛催化材料及其制备方法 | |
| CN114632513B (zh) | 单原子Au负载钛酸锶/二氧化钛复合光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN111841530A (zh) | 一种促进水光解产氢的催化剂及其制备方法 | |
| An et al. | The multiple roles of rare earth elements in the field of photocatalysis | |
| CN114308034A (zh) | 一种(ⅲ)、(ⅴ)价双过渡金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂及其制备方法 | |
| CN107961785B (zh) | 一种高活性铬酸铋纳米光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN114570385A (zh) | 一种太阳光催化水分解制氢制氧半导体催化剂的制备方法 | |
| CN114588916A (zh) | 一种双金属离子共掺杂钛酸锶实现可见光响应的纯水裂解半导体催化剂的制备方法 | |
| CN114192163A (zh) | 一种外切36面{110}晶面K离子掺杂SrTiO3纳米光催化剂及其制备方法 | |
| CN112007663B (zh) | 一种MoS2@CrOx/La,Al-SrTiO3/CoOOH光催化剂及制备方法 | |
| KR101876938B1 (ko) | 고효율 이산화티타늄의 제조방법 및 이로부터 제조된 이산화티타늄 | |
| CN115569658A (zh) | Cabb/ucnt异质结复合光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN113578368B (zh) | 一种g-C3N4/Ag3PO4/BiFeO3复合可见光催化剂制备方法及其应用 | |
| JP3834625B2 (ja) | インジウムバリウム複合酸化物可視光応答性光触媒とこの光触媒を用いた水素の製造方法及び有害化学物質分解方法 | |
| CN114534746A (zh) | 一种基于异质结光催化剂和甲醛水溶液的光催化制氢体系 | |
| CN111992226B (zh) | 一种光催化纳米复合催化剂及其制备方法 | |
| CN109078636B (zh) | 一种等离子体光催化剂、其制备方法及其在制氢中的应用 | |
| CN111790418A (zh) | 一种钙钛复合材料及其制备方法和用途 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220412 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |