一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料，所述钼氧化物材料能吸收波长范围为300～750nm的可见光，所述钼氧化物材料为包含相含量为70～92wt.％的Mo4O11相和其它相的材料，所述其它相为MoO3相、Mo9O26相或MoO2相。本发明专利技术通过选择钼酸铵为原料直接热解还原或者先合成MoO3前驱体后再进行还原，并进一步通过对工艺条件的限定，从而成功制备得到较高Mo4O11含量的钼氧化物材料。本发明专利技术制备的钼氧化物材料相比MoO3具有优异的可见光吸光度，可实现对可见光的吸收和利用。

Non stoichiometric molybdenum oxide material with excellent visible absorption property, preparation method and application thereof

The invention discloses a non stoichiometric molybdenum oxide material has excellent absorption properties of visible light, the molybdenum oxide material can absorb the wavelength range of 300 ~ 750nm visible light, the molybdenum oxide material containing phase content is 70 ~ 92wt.% Mo4O11 and other materials, the other is MoO3 the phase and Mo9O26 phase or MoO2 phase. The present invention by choosing ammonium molybdate as raw materials or direct pyrolysis reduction synthesis of MoO3 precursor and reducing, and further through the limit of process conditions, thus successfully prepared molybdenum oxide material with high content of Mo4O11. Compared with the molybdenum oxide material prepared by the invention, MoO3 has excellent visible light absorbance, and can realize absorption and utilization of visible light.

【技术实现步骤摘要】
一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及非化学计量氧化物材料
更具体地，涉及一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在当今社会飞速发展下，由于人口数量的急剧增加导致的污染问题和能源匮乏问题日趋严重，治理环境污染和开发新能源已经成为我们可持续发展战略下所面临的重大研究课题。利用太阳能解决环境和能源两大难题是较佳的选择，自1972年Fujishima和Honda教授报道在n型TiO2电极上发现水的光电催化分解产生氢气和氧气以来，研究材料对可见光的吸收和利用已经成为热点课题。通过光解水制氢，可以有效的将低密度的太阳能转换为高密度的化学能，氢能具有燃烧值高、燃烧产物无污染等特点而被公认为是最理想的替代能源；而另一方面，在生活和工业生产中会产生大量的有机污染物，主要包括染料、苯、氯苯化合物、脂族醇、芳香族化合物、聚合物以及羰酸等，都可以通过光催化技术将其分解为CO2和H2O。半导体光催化有着独特的优势：首先，反应过程中利用绿色环保的太阳能作为反应的前提条件，这样一方面在自然环境下进行反应能够有效地降低能耗，节约资源，并且不会在反应过程中引入新的杂质。另一方面对于反应本身来说，操作简单，适用范围广，对环境不存在二次污染；其次光催化剂本身无毒害、对环境无污染、稳定性好并且可以循环利用，极大的提高了资源再利用效率。然而，传统的半导体光催化材料TiO2的带隙较宽，光吸收范围被限制在太阳光的紫外部分，但紫外光只占地表太阳光能量的5％左右，导致太阳能的利用效率较低，这也就阻碍了人类对太阳能的实际利用。因此，怎样提高太阳能的利用率，拓展光催化材料的光吸收范围到可见光区是当前研究的关键科学问题。因此，本专利技术提供了一种非化学计量钼氧化物材料及其制备方法和应用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料。本专利技术的另一个目的在于提供一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料的制备方法。本专利技术的第三个目的在于提供一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料的应用。为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料，所述钼氧化物材料能吸收波长范围为300～750nm的可见光，所述钼氧化物材料为包含相含量为70～92wt.％的Mo4O11相和其它相的材料，所述其它相为MoO3相、Mo9O26相或MoO2相。本专利技术制备得到的钼氧化物材料中Mo4O11相含量较高，对可见光波段有较强光吸收，是非常好的活性光电材料，可应用在光催化降解污染物、钙钛矿太阳能电池以及肿瘤治疗等多个领域。根据本专利技术的优选实施方式，所述钼氧化物材料为包含相含量为70～89wt.％的Mo4O11相和相含量为11～30wt.％的MoO3相的材料；优选地，所述钼氧化物材料为包含相含量为75～85wt.％的Mo4O11相和相含量为15～25wt.％的MoO3相的材料；更优选地，所述钼氧化物材料为包含相含量为80～85wt.％的Mo4O11相和相含量为15～20wt.％的MoO3相的材料。根据本专利技术的优选实施方式，所述钼氧化物材料为包含相含量为79～90wt.％的Mo4O11相和相含量为10～21wt.％的Mo9O26相的材料；优选地，所述钼氧化物材料为包含相含量为79～84wt.％的Mo4O11相和相含量为16～21wt.％的Mo9O26相的材料；更优选地，所述钼氧化物材料为包含相含量为85～90wt.％的Mo4O11相和相含量为10～15wt.％的Mo9O26相的材料。根据本专利技术的优选实施方式，所述钼氧化物材料为包含相含量为70～92wt.％的Mo4O11相和相含量为8～30wt.％的MoO2相的材料；优选地，所述钼氧化物材料为包含相含量为70～90wt.％的Mo4O11相和相含量为10～30wt.％的MoO2相的材料；更优选地，所述钼氧化物材料为包含相含量为75～90wt.％的Mo4O11相和相含量为10～25wt.％的MoO2相的材料；进一步地，所述钼氧化物材料为包含相含量为75～85wt.％的Mo4O11相和相含量为15～25wt.％的MoO2相的材料。根据本专利技术的优选实施方式，所述钼氧化物材料包含相含量为92wt.％的Mo4O11相和相含量为8wt.％的MoO2相。本专利技术中首次成功合成了非化学计量的钼氧化物材料，在该材料中Mo4O11相的含量高达92wt.％，Mo4O11作为非计量比氧化物，表面具有丰富氧空位，吸附能力强且化学性质稳定。为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料的制备方法，所述钼氧化物材料由钼酸铵粉末在氢氩混合气氛中热解还原制得。根据本专利技术的优选实施方式，所述钼酸铵粉末放入氧化铝瓷舟中进行热解还原反应。本专利技术发现，采用氧化铝瓷舟盛放钼酸铵粉末能够更好的促进还原。根据本专利技术的优选实施方式，所述氢氩混合气氛为由5vol.％H2气和95vol.％Ar气组成的混合气氛。本专利技术发现，采用氢氩混合气氛热解还原能够更容易得到Mo4O11相。根据本专利技术的优选实施方式，所述热解还原反应温度为580～650℃，在所述热解还原反应温度下保温2～4h；进一步地，所述热解还原反应温度为650℃时，在所述热解还原反应温度下保温2～3h；更优选地，所述热解还原反应温度为600℃，在所述热解还原反应温度下保温2h，本专利技术发现在更优选的反应温度和保温时间下，得到的钼氧化物材料对可见光吸收能力强。本专利技术采用钼酸铵粉末直接热解还原制备得到钼氧化物材料，方法简单且得到的钼氧化物材料中Mo4O11相的含量较高。且本专利技术通过大量实验发现，热解还原过程中的热解还原温度、保温时间都会对钼氧化物材料中Mo4O11相的含量造成影响，因此通过进一步对上述参数进行限定制备得到理想Mo4O11相含量的钼氧化物材料。根据本专利技术的优选实施方式，一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料的制备方法，包括如下步骤：1)将钼酸铵粉末溶于去离子水中，搅拌均匀得钼酸铵溶液；2)用酸调节钼酸铵溶液的pH值为0.5～3.5；3)将步骤2)所得溶液进行水热反应，待反应结束后取出产物；4)将步骤3)得到的产物用水和乙醇洗涤后干燥得到MoO3前驱体；5)将步骤4)得到的MoO3前驱体在氢氩混合气氛中还原得到钼氧化物材料。根据本专利技术的优选实施方式，步骤1)中所述钼酸铵与去离子水的质量比为0.5～2.5：40～50。根据本专利技术的优选实施方式，步骤2)中所述酸为稀硝酸、稀盐酸或稀硫酸。本专利技术发现，采用酸调节pH值能够更好的生成MoO3。优选地，步骤3)中水热反应的温度为170～190℃，水热反应的时间为16～32h；更优选地，步骤3)中水热反应的温度为180～185℃，水热反应的时间为20～24h；进一步地，步骤3)中水热反应的温度为180℃，水热反应的时间为24h。本专利技术发现，水热法反应条件温和，不仅降低成本，而且能够生成高纯度的MoO3，从而得到纯度较高的Mo4O11。优选地，步骤4)中所述水洗涤的次数为三次，乙醇洗涤的次数为一次。本专利技术发现，采用本专利技术的步骤能得到纯净的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料，其特征在于，所述钼氧化物材料能吸收波长范围为300～750nm的可见光，所述钼氧化物材料为包含相含量为70～92wt.％的Mo4O11相和其它相的材料，所述其它相为MoO3相、Mo9O26相或MoO2相。

【技术特征摘要】
1.一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料，其特征在于，所述钼氧化物材料能吸收波长范围为300～750nm的可见光，所述钼氧化物材料为包含相含量为70～92wt.％的Mo4O11相和其它相的材料，所述其它相为MoO3相、Mo9O26相或MoO2相。2.根据权利要求1所述的一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料，其特征在于，所述钼氧化物材料为包含相含量为70～89wt.％的Mo4O11相和相含量为11～30wt.％的MoO3相的材料；或者所述钼氧化物材料为包含相含量为79～90wt.％的Mo4O11相和相含量为10～21wt.％的Mo9O26相的材料；或者所述钼氧化物材料为包含相含量为70～92wt.％的Mo4O11相和相含量为8～30wt.％的MoO2相的材料。3.根据权利要求1所述的一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料，其特征在于，所述钼氧化物材料为包含相含量为92wt.％的Mo4O11相和相含量为8wt.％的MoO2相的材料。4.如权利要求1所述的一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述钼氧化物材料由钼酸铵粉末在氢氩混合气氛中热解还原制得；所述钼酸铵粉末放入氧化铝瓷舟中进行热解还原反应；所述氢氩混合气氛为由5vol.％H2气和95vol.％Ar气组成的混合气氛。5.根据权利要求4所述的一种具有优异可见光吸收性能的非化学计量钼氧化物材料的制备方法，其特征在于，所述热解...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯艳艳，张辉，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11