本发明专利技术提供了一种含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂及其制备方法和应用，所述方法是在溶剂热反应中通过调节有机溶剂的加入量实现对催化剂形貌的调控，获得均匀的微球状纳米结构。这种微球状纳米结构可以对光实现多次吸收、反射和折射，进而实现对太阳光的充分利用。相比于二维材料(如纳米片结构)，本发明专利技术的微球状纳米结构不仅在边缘，还可以在表面传输，增强表界面反应，有利于光生电荷的分离和传输。所述方法是在溶剂热反应中通过利用三氯化钛和抗坏血酸的还原和诱导作用引入缺陷，拓展并增加催化剂对可见光的吸收，同时也可变成活性反应位点，进一步促进光催化NO去除效率。进一步促进光催化NO去除效率。进一步促进光催化NO去除效率。
【技术实现步骤摘要】
一种含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于环境功能纳米材料光催化
，具体涉及一种含缺陷的纳 米微球状钙钛矿催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]氮氧化物(NO
x
)是二次气溶胶的重要前驱体，会导致酸雨、全球气候变化 等严峻的环境效应，其主要成分是NO/NO2，以NO为主(～90％以上)。现有NO 处理方法如源头控制法等存在对设备要求和成本高、易产生剧毒性副产物等缺 陷。如何将NO有效转化成无毒硝酸盐或氮气等产物，减轻NO的危害依然是目前 空气污染控制领域具有挑战性的研究。
[0003]研究表明，半导体材料为主导的光催化技术能将低浓度的空气污染物如NO (ppb级)转化成HNO3、HNO2、NO2和N2等产物，从而降低NO的浓度。目前半导 体光催化材料用于NO去除的研究有一定的进展，然而一些材料由于等带隙大， 只能在紫外光照射下激发，无法充分利用可见光；而具有可见光响应的催化剂 虽然有好的光吸收，由于载流子复合快，量子效率依然不够理想，同时也存在 结构稳定性差等问题。
[0004]表面结构是影响固体材料物理和化学性质的重要因素，光催化反应发生的 主要场所也是催化剂表面，是一个典型的表界面催化过程，其第一步是催化剂 材料的有效激发并产生光生电子和空穴，这些活性物种在污染物治理过程中的 作用、表界面性质、电子性质、化学组成、结构和晶形、表面态及污染物的处 置途径均与催化剂的微观结构紧密相关。目前微观结构的调控主要是对催化剂 表面进行修饰、形貌、晶面和表面缺陷等手段实现。
技术实现思路
[0005]为了改善现有技术的不足，本专利技术提供一种含缺陷的纳米微球状钙钛矿催 化剂及其制备方法和应用，是典型的环境功能纳米材料光催化
所述 含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂的合成工艺简单、产率和纯度高、反应条件 易于调控，利用简单的碱性试剂和结构诱导剂，在水和有机溶剂存在的体系下 实现具有优异的微观结构和良好可见光响应的钙钛矿催化剂。
[0006]本专利技术所述一种含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂具有不同的表面缺陷， 从而显示较强的可见光相应，因此还涉及潜在的大气污染物一氧化氮(NO)光 催化去除应用，所制备的催化剂在发射波长λ≥420nm可见光照射下能实现一 氧化氮的快速转化，在短短30min内能实现55％的去除率，是潜在的可见光驱动 催化剂。本专利技术所述催化剂制备简单，具有良好的微观结构和高端的光催化活 性，对发展环境功能材料及其在治理大气中低浓度，高毒性潜在污染物方面具 有积极推动等重要意义。
[0007]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
[0008]一种含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂，所述催化剂的化学组成为钛酸锶 SrTiO3，所述催化剂具有微球结构，所述微球的直径为50-500nm，所述催化剂 表面含有氧空位。
[0009]本专利技术还提供上述含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂的制备方法，所述方 法包括如下步骤：
[0010]将锶源、钛源、碱源和结构诱导剂混合，经溶剂热反应，制备得到所述含 缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂钛酸锶SrTiO3。
[0011]根据本专利技术，所述方法包括如下步骤：
[0012](1)将锶源、碱源、钛源和结构诱导剂分别混合于水溶液中，并进行搅拌， 随后加入有机溶剂再次进行搅拌；
[0013](2)将步骤(1)的混合体系进行溶剂热反应，制备得到含缺陷的纳米微 球状钙钛矿催化剂钛酸锶SrTiO3。
[0014]根据本专利技术，步骤(1)中，具体包括如下步骤：
[0015](1-1)将锶源溶解于水中，加入碱源，搅拌；
[0016](1-2)加入钛源，继续搅拌；
[0017](1-3)加入结构诱导剂，继续搅拌；
[0018](1-4)加入有机溶剂，再次搅拌。
[0019]根据本专利技术，步骤(1)中，所述锶源、碱源、钛源在混合前优选经过研磨 处理，所述研磨处理的时间为10-50min。
[0020]根据本专利技术，步骤(1)中，所述的锶源选自碳酸锶、硝酸锶、氯化锶；例 如选自氯化锶。所述的钛源选自三氯化钛。所述的碱源选自氢氧化钠、氢氧化 钾、氢氧化锂；例如选自氢氧化钠。
[0021]其中，所述碱源还可以是预先被配置成溶液进行加入。
[0022]根据本专利技术，步骤(1)中，所述的锶源和钛源的加入摩尔比满足钛酸锶SrTiO3的摩尔比，即所述锶源和钛源的摩尔比为1:1。
[0023]根据本专利技术，步骤(1)中，所述锶源和碱源的摩尔比为1:1。
[0024]根据本专利技术，步骤(1)中，所述锶源和结构诱导剂的摩尔质量(mmol:g) 比为1:0.5-5，如1:0.5-2。
[0025]根据本专利技术，步骤(1)中，所述锶源和水的摩尔比体积比(mmol/mL)可 以为1-5:30，如为1:6。
[0026]根据本专利技术，步骤(1)中，所述水和有机溶剂的体积比可以为15-30:1，如 为15:1。
[0027]根据本专利技术，步骤(1)中，所述结构诱导剂选自抗坏血酸，所述有机溶剂 选自甲醇、乙醇、异丙醇等，例如选自甲醇。
[0028]根据本专利技术，步骤(2)中，所述溶剂热反应的温度为120-180℃，所述溶 剂热反应的时间为12-36h。
[0029]根据本专利技术，所述方法还包括后处理步骤，所述的后处理为用二次蒸馏水 洗涤数5-6次并进行离心，收集离心产物，干燥。
[0030]示例性地，所述催化剂的制备方法包括如下步骤：
[0031]准确称取氯化锶于玛瑙研钵中，研磨至粉末；
[0032]准确称取氢氧化钠于玛瑙研钵中，研磨至粉末；
[0033]将氯化锶粉末和氢氧化钠粉末先后缓慢加入蒸馏水中并进行搅拌；
[0034]在搅拌的情况下，将三氯化钛缓慢滴入上述反应中继续搅拌；
[0035]在搅拌的情况下，将抗坏血酸缓慢滴入上述反应中继续搅拌；
[0036]随后向上述溶液逐步加入甲醇再次进行搅拌；
[0037]进行溶剂热反应，得到所述含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂。
[0038]本专利技术还提供上述方法制备得到的含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂。
[0039]本专利技术还提供上述含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂用于光催化去除一氧 化氮。
[0040]本专利技术的有益效果：
[0041]本专利技术提供了一种含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂及其制备方法和应 用，其具有下述优点：
[0042]1、所述方法是在溶剂热反应中通过调节有机溶剂的加入量实现对催化剂形 貌的调控，获得均匀的微球状纳米结构。这种微球状纳米结构可以对光实现多 次吸收、反射和折射，进而实现对太阳光的充分利用。相比于二维材料(如纳 米片结构)，本专利技术的微球状纳米结构不仅在边缘，还可以在表面传输，增强 表界面反应，有利于光生电荷的分离和传输。
[0043]2、所述方法是在溶剂热反应本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂，所述催化剂的化学组成为钛酸锶SrTiO3，所述催化剂具有微球结构，所述微球的直径为50-500nm，所述催化剂表面含有氧空位。2.权利要求1所述的含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：将锶源、钛源、碱源和结构诱导剂混合，经溶剂热反应，制备得到所述含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂钛酸锶SrTiO3。3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：(1)将锶源、碱源、钛源和结构诱导剂分别混合于水溶液中，并进行搅拌，随后加入有机溶剂再次进行搅拌；(2)将步骤(1)的混合体系进行溶剂热反应，制备得到含缺陷的纳米微球状钙钛矿催化剂钛酸锶SrTiO3。4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，步骤(1)中，具体包括如下步骤：(1-1)将锶源溶解于水中，加入碱源，搅拌；(1-2)加入钛源，继续搅拌；(1-3)加入结构诱导剂，继续搅拌；(1-4)加入有机溶剂，再次搅拌。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述锶源、碱源、钛源在混合前优选经过研磨处理，所述研磨处理的时间为10-50min；优选地，步骤(1)中，所述的锶源选自碳酸锶、硝酸锶、氯化锶；例如选自氯化锶；所述的钛源选自三氯化钛；所述的碱源选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂。6....
【专利技术属性】
技术研发人员：赵进才，热沙来提，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。