氧化钴/铌酸钾p-n异质结复合光催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术属于复合材料技术领域，涉及光催化剂的制备，尤其涉及一种氧化钴/铌酸钾（CoO/KNbO

【技术实现步骤摘要】
氧化钴/铌酸钾p-n异质结复合光催化剂的制备方法及应用
本专利技术属于复合材料
，涉及光催化剂的制备，尤其涉及一种氧化钴/铌酸钾（CoO/KNbO3）p-n异质结复合光催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
半导体材料因其环境友好、无毒无害、稳定性好的特性，在解决能源危机和环境问题等方面的潜在应用价值，日益受到人们的关注。其中，TiO2及Ti系化合物是研究较早的半导体光催化剂，然而，它们的禁带宽度都较大，只对紫外光响应，而紫外光只占太阳光的4%-6%，因此，研究可见光响应光催化半导体材料意义重大。近年来，一些铌酸盐光催化剂（如KNbO3，Ba3NbO7等）因为在可见光下具有较好的光催化活性逐渐成为了研究的热点。KNbO3禁带宽度在4eV左右，只在紫外光下显示出较好的光催化活性，且其光致电荷的分离效果，限制了KNbO3的进一步应用。构筑异质结是提高电荷分离效率和增强光催化活性的有效途径。KNbO3以其耐久性好、应用范围广、无毒等优点，引起了人们对水裂解制H2的极大兴趣，成为研究较多的复合半导体。最近，Yu等人（YuJ,ChenZ,WangY,MaY,FengZ,LinH,WuY,ZhaoL,HeY.SynthesisofKNbO3/g-C3N4compositeanditsnewapplicationinphotocatalyticH2generationundervisiblelightirradiation.JMaterSci2018;53:7453–65.）合成铌酸钾(KNbO3)与氮化碳（C3N4）的复合材料作为光催化剂；Guo等人（GuoY,LiY,LiS,ZhangL,LiY,WangJ.Enhancementofvisible-lightphotocatalyticactivityofPtsupportedpotassiumniobate(Pt-KNbO3)byup-conversionluminescenceagent(Er3+:Y3Al5O12)forhydrogenevolutionfromaqueousmethanolsolution.Energy2015;82:72–9.）制备了光敏剂Er3+:Y3Al5O12修饰的KNbO3复合光催化剂；Ye等人（YeX,ZhaoS,MengS,FuX,BaiL,GuoY,WangX,ChenS.RemarkableenhancementofphotocatalyticperformanceviaconstructinganovelZ-schemeKNbO3/Bi2O3hybridmaterial.MaterResBull2017;94:352–60.）成功制备了Z型异质结KNbO3/Bi2O3复合材料，具有较好的活性。迄今为止，尚未发现有人制备CoO/KNbO3复合材料。
技术实现思路
为了解决KNbO3材料电子空穴分离效率低、仅响应可见光问题，本专利技术公开一种氧化钴/铌酸钾（CoO/KNbO3）p-n质结复合光催化剂的制备方法。技术方案一种CoO/KNbO3p-n质结复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：a)纯相KNbO3的制备：将Nb2O5粉末溶于KOH溶液中超声分散，搅拌3h得到白色悬浮液，其中所述Nb2O5粉末:KOH溶液的质量体积比为0.15～0.6g:12～60mL，优选0.3g:25mL；将白色悬浮液转移至耐高温反应釜，140～180℃水热反应72h，却至室温，用10mol·L-1的盐酸调节pH为8，再用蒸馏水和乙醇洗涤3～5遍后干燥，得到纯相KNbO3；b)CoO/KNbO3前驱体的制备：将纯相KNbO3和尿素分别加入Co(NO3)2溶液中，超声60min之后剧烈搅拌1h得混合溶液，其中，所述纯相KNbO3:尿素:Co(NO3)2溶液的质量体积比为0.1～0.3g:0.5～1.2g:20～70mL，优选0.15g:0.9g:50mL，将混合溶液转移至耐高温反应釜，120～200℃水热反应8～24h，优选180℃反应10h；冷却至室温后，离心，洗涤用蒸馏水和乙醇洗净后60℃真空干燥，得到CoO/KNbO3前驱体；c)CoO/KNbO3的制备：将CoO/KNbO3前驱体置于马弗炉中350～550℃煅烧2～4h，优选500℃煅烧4h，自然冷却至室温，得到CoO/KNbO3p-n异质结复合光催化剂。本专利技术较优实施例中，所述步骤a)中，所述KOH溶液的浓度为10mol·L-1。本专利技术较优实施例中，所述步骤b)中，所述Co(NO3)2溶液的浓度为1.5～6.0mmol·L-1，优选2.0mmol·L-1。根据本专利技术所公开的方法，制备得到的CoO/KNbO3p-n质结复合光催化剂，尺寸约为55～65nm，CoO球形颗粒状形貌均一，分布均匀，分散性良好。本专利技术的另一个目的是公开了制得的CoO/KNbO3p-n质结复合光催化剂应用于可见光下光催化分解水制氢。光催化制氢实验模拟：（1）配制50mL浓度为0.05～0.15mol·L-1的L-抗坏血酸溶液置于暗处，优选0.1mmol·L-1；（2）称取不同含量的CoO/KNbO3p-n异质结复合光催化剂25mg，分别置于光催化反应器中，加入0.085～0.255mL已配制的浓度为3.165mg·L-1的H2PtCl6溶液，采用原位光沉积法负载1～3%的铂纳米颗粒，优选2%Pt，抽真空除去溶解的空气，打开光源，进行光催化制氢实验。本专利技术的特点：（1）引入CoO形成CoO/KNbO3p-n质结复合光催化剂有效促进载流子迁移并且抑制电子空穴对复合。（2）引入CoO形成CoO/KNbO3p-n质结复合光催化剂使得光催化制氢反应光响应范围拓展至可见光区。本专利技术利用X-射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X光电子能谱仪（XPS）等仪器对产物进行形貌结构和组成分析，通过紫外-可见分光光度计测量吸光度，用标准的三电极电化学分析仪测量瞬态光电流，利用电化学工作站测定莫特-肖特基图(MS)，用光催化活性评价系统进行光催化制氢实验，以评估其光催化活性。本专利技术所用试剂均为市售。有益效果本专利技术采用水热法和固相反应法成功制备了CoO/KNbO3p-n异质结复合光催化剂，水热法制备的KNbO3与CoO前驱体在煅烧的过程中，CoO纳米粒子能够很好地复合到KNbO3表面，而且在KNbO3和CoO界面上构建内置电场，有效地增强CoO/KNbO3p-n异质结复合光催化剂载流子迁移速率，提高了异质结复合光催化剂的光催化性能。所制备的CoO/KNbO3p-n异质结复合光催化剂在环境、能源等领域有良好应用前景。附图说明图1.实施例1制备的CoO/KNbO3的XRD衍射谱图，其中，CoO的含量分别标记为1.5mM-CoO/KNO,2.0mM-CoO/KNO,4.0mM-CoO/KNO和6.0mM-CoO/KNO。图2.实施例1制备的（1）KNbO3、（2）2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CoO/KNbO

【技术特征摘要】
1.一种CoO/KNbO3p-n质结复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a）将Nb2O5粉末溶于KOH溶液中超声分散，搅拌3h得到白色悬浮液，其中所述Nb2O5粉末:KOH溶液的质量体积比为0.15～0.6g:12～60mL；将白色悬浮液转移至耐高温反应釜，140～180℃水热反应72h，却至室温，用10mol·L-1的盐酸调节pH为8，再用蒸馏水和乙醇洗涤3～5遍后干燥，得到纯相KNbO3；
b）将纯相KNbO3和尿素分别加入Co(NO3)2溶液中，超声60min之后剧烈搅拌1h得混合溶液，其中，所述纯相KNbO3:尿素:Co(NO3)2溶液的质量体积比为0.1～0.3g:0.5～1.2g:20～70mL，将混合溶液转移至耐高温反应釜，120～200℃水热反应8～24h；冷却至室温后，离心，洗涤用蒸馏水和乙醇洗净后60℃真空干燥，得到CoO/KNbO3前驱体；
c）将CoO/KNbO3前驱体置于马弗炉中350～550℃煅烧2～4h，优选500℃煅烧4h，自然冷却至室温，即得。


2.根据权利要求1所述CoO/KNbO3p-n质结复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a）中所述KOH溶液的浓度为10mol·L-1。


3.根据权利要求1所述CoO/KNbO3p-n质结复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a）中所述Nb2O5...

【专利技术属性】
技术研发人员：施伟东，李莉莉，丁祺家，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32