氮氧化物材料SmTiO2N的氮化合成及其在光催化领域中的应用

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿结构氮氧化物钐钛氮氧半导体光催化剂的制备及其应用。

背景技术

AB(O，N)

该类材料RTiO

致力于解决此类复合氧化物难氮化的问题，且纯物相的氮氧化物SmTiO

发明内容

针对后镧系元素Sm的氮氧化物SmTiO

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一方面，本发明提供了一种氮氧化物材料，所述氮氧化物材料组成为SmTiO

优选地，所述氮氧化物材料的粒径为0.5～2μm；孔径为5～50nm；孔隙率为0.03～0.20cm

另一方面，本发明提供了一种上述氮氧化物材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：合成钐(Sm)钛复合的碱金属盐为前驱体材料，化学式描述为MSmTiO

S2：在含氨气的气流中，以适当温度氮化一定时间得到钙钛矿结构氮氧化物材料；

S3：采用适当的浓酸溶液洗涤氮化后的材料，以去除未完全氮化的前驱体，得到纯相的SmTiO

T1：将M

T1’：将焙烧得到的镧系元素复合钛元素的碱金属盐用过量去离子水搅拌洗涤至中性。

其中，LiSmTiO4还可以通过NaSmTiO

氮化采用富含氨气的气流，如纯氨气气流或者惰性气体稀释氨气的混合气流。

氮化在一定的氨气流速下氮化，氨气流速固定，氨气流速为50～1000ml/min，氮化之前氨气流吹扫反应膛；本发明可以在较低温度下完成氮化，以恒定升温速率1～10℃/min升温至目标温度，目标氮化温度为800～950℃；本发明可以在较短时间内完成氮化，完成氮化的时间为0.1～20h。

优选地，所述氮化温度为900～950℃；氮化时间为1～5h；

具体氮化操作流程包括：

T2：将适当质量的复合碱金属盐MSmTiO

T2’：将适当质量的复合碱金属盐MSmTiO

T3：将氮化过的粉末样品分散到适量的浓酸溶液中(包括：浓盐酸、浓硝酸以及王水等混酸)；

T3’：搅拌一段时间后抽滤或离心分离出粉末样品，一定温度下干燥粉末样品即得纯相氮氧化物材料SmTiO

其中，所述浓酸包括无机酸，所述无机酸的浓度为1mol/L～10mol/L；所述无机酸包括单一无机酸或混合酸；所述无机酸包括浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸或者混酸王水中的一种或多种；所述酸洗时间为10min～10h。

本发明提供的钙钛矿型氮氧化物半导体光催化剂可应用于光催化染料降解。

优选地，将单独的氮氧化物材料或沉积Pt的氮氧化物材料分散于染料水溶液中，在充氧条件下以LED灯光照，通过光氧化消除所述染料水溶液中的染料分子。

作为进一步的优选，以单独的SmTiO

本发明提供的钙钛矿型氮氧化物半导体光催化剂应用于光催化产氢反应。

优选地，以沉积Pt的氮氧化物作为光催化剂，甲醇作为空穴牺牲试剂，H

作为进一步的优选，以浸渍后氢气流还原法沉积1％的Pt作为光催化助剂。甲醇作为空穴牺牲试剂，H

本发明提供的钙钛矿型氮氧化物半导体光催化剂应用于光催化水分解产氧反应。

优选地，以沉积氧化钴的氮氧化物作为光催化剂，AgNO

作为进一步的优选，以浸渍后氨气流还原法再以空气氧化，沉积2％的氧化钴CoO

本发明具有如下优点：

①本发明开发了一种采用复合氧化物的碱金属盐作为氮化前驱体，通过快速且较低温度氮化的方法合成了新组成氮氧化物SmTiO

②所述氮化合成过程温度更低，氮化时间大幅缩短，更加快捷、节能；

③所合成的SmTiO

④所合成的SmTiO

附图说明

图1为实施例1制备的SmTiO

图2为实施例2制备的SmTiO

图3为实施例1、2、3制备的SmTiO

图4各应用实施例的光催化反应活性(A)制备的SmTiO

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)固相法合成复合双金属钠盐NaSmTiO

(2)取0.5gNaSmTiO

(3)开启NH

(4)将所得粉末分散于20mL浓度为1mol/L硝酸中，搅拌处理30min离心分离粉末样品并水洗，后干燥即得纯相的SmTiO

实施例2

(1)固相法合成复合双金属钠盐NaSmTiO

(2)取0.5g NaSmTiO

(3)开启NH

(4)将所得粉末分散于20mL的王水(浓盐酸混合浓硝酸，混合体积比为3∶1)中，搅拌处理1h后离心出粉末样品并水洗后干燥即得纯相的SmTiO

实施例3

(1)固相法合成复合双金属钠盐NaSmTiO

(2)取0.5gNaSmTiO

(3)开启NH

(4)将所得粉末分散于20mL的王水中，搅拌处理2h后离心分离粉末样品并水洗，后干燥即得纯相的SmTiO

实施例4

(1)固相法合成复合双金属钾盐KSmTiO

(2)取0.5g KSmTiO

(3)开启NH

(4)将所得粉末分散于20mL的浓盐酸(10mol/L)，搅拌处理2h后离心出粉末样品并水洗后干燥即得纯相的SmTiO

实施例5

(1)固相法合成复合双金属钠盐NaSmTiO

(2)取0.5g LiSmTiO

(3)开启NH

(4)将所得粉末分散于20mL的浓硝酸中(5mol/L)，搅拌处理6h后离心出粉末样品并水洗后干燥即得纯相的SmTiO

实施例6

(1)固相法合成复合双金属钾盐KSmTiO

(2)取0.5g LiSmTiO

(3)开启NH

(4)将所得粉末分散于20mL的浓硫酸(10mol/L)中，搅拌处理10h后离心出粉末样品并水洗后干燥即得纯相的SmTiO

应用实施例1

取以实施例1新制备的氮氧化物50mg分散到定浓度(20μmol/L)的罗丹明B溶液50mL中，以石英玻璃瓶为反应容器，以暗态下搅拌30min后的平衡浓度为起始浓度，后以385nm的LED灯(0.5A电流)辐照反应容器，每间隔20min以紫外可见吸收光谱仪(UV-2600)测试剩余罗丹明B的浓度。测试SmTiO

应用实施例2

取以实施例3新制备的氮氧化物300mg分散于含3mg Pt的H

应用实施例3

光催化产氢反应测试在带真空系统和水冷系统的顶照式反应罐体中进行，取150mg以应用实施例2新制备的复合光催化剂加入120ml去离子水和20ml甲醇的混合液中，再加入150mg La

应用实施例4

光催化产氧测试装置同上。取150mg以实施例2新制备的SmTiO

实施例附图的分析描述：

图1a为实施例1氮化后样品的XRD衍射图谱以及前驱体NaSmTiO

值得强调的是，尽管上述的实施方案已经公开如上，但是其不仅仅限于上述实例，不可理解为对实施例的限制。对于研究相同领域的工作人员来说，可以很轻易地以多种方式进行更改，本发明也无法对此发明的实施例进行穷解。任何类似的设计思路及显而易见的变化或变动均在本发明创造的保护范围之内。