稀土元素掺杂提高钛酸钡纳米颗粒光催化二氧化碳还原性能的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种通过掺杂稀土元素提高碳酸钡纳米颗粒光催化二氧化碳还原性能的方法及应用。通过一步水热法制备了钛酸钡纳米颗粒：以硝酸钡作为钡源，分别加入不同种类的稀土元素，将其溶解至乙酸溶液中；以锐钛矿相二氧化钛作为钛源，与乙醇混合；将两种溶液充分混合后，经过水热反应得到钛酸钡纳米颗粒。在光催化二氧化碳还原反应中，掺杂稀土元素的样品与原始的钛酸钡纳米颗粒相比，呈现更高的还原性和更好的稳定性，且吸附二氧化碳的能力更强，能有效地实现二氧化碳气体转化。能有效地实现二氧化碳气体转化。

【技术实现步骤摘要】
稀土元素掺杂提高钛酸钡纳米颗粒光催化二氧化碳还原性能的方法及应用


[0001]本专利技术属于光催化二氧化碳还原领域，具体涉及一种稀土元素掺杂提高钛酸钡纳米颗粒光催化二氧化碳还原性能的方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着工业的迅速发展以及化石燃料的燃烧，大量的二氧化碳排放对生态环境造成了严重威胁。如何将燃烧产物二氧化碳转化为可供人类利用的清洁能源成为科研人员最为关注的问题之一。二氧化碳的转化目前以光催化、电催化、热催化为主，其中光催化二氧化碳还原消耗的能量最低，因此备受研究者的青睐。对于光催化二氧化碳还原技术，开发一种效率高、稳定性高且产物可控的光催化剂是实现高效二氧化碳转化的关键步骤。
[0003]钛酸钡(BaTiO3)是一种氧化物钙钛矿，因为其拥有良好的压电性能，且制备工艺简单，制备成本低等优点，被广泛应用于光催化领域。但BaTiO3仍存在着光催化剂共有的问题：活化能势垒高、载流子重组快以及对光利用不足等缺点。掺杂可以使材料具有特定的物理化学性质，适量的掺杂稀土元素可以能减小基质材料的晶粒体积，提供更多的反应活性位点，同时调节基质材料的能带结构，最终提高二氧化碳还原的转化率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种能够呈现出更高的还原性和更好的稳定性，且吸附二氧化碳的能力更强，能有效地实现二氧化碳气体转化的稀土元素掺杂提高钛酸钡纳米颗粒光催化二氧化碳还原性能的方法及应用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]1)取12.5ml的摩尔浓度为0.5～3.0mol
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‑1的乙酸溶液向其中加入3.0mmol的硝酸钡得到溶液A；分别向溶液A中加入六水合氯化镧4.5～6.0mg，六水合氯化钆4.5～6.0mg，六水合氯化钐4.5～6.0mg，六水合氯化铈2.5～3.0mg，六水合氯化铕2.5～3.5mg得到五种掺杂溶液分别记为六水合氯化镧为溶液A1，六水合氯化钆为溶液A2，六水合氯化钐为溶液A3，六水合氯化铈为溶液A4，六水合氯化铕为溶液A5；
[0007]2)取10.0mL的无水乙醇向其中加入1.8
‑
2.2mmol二氧化钛混合得到溶液B；
[0008]3)将步骤1)中的五种溶液分别与步骤2)中的B溶液混合搅拌均匀；
[0009]4)在混合溶液中分别加入10.0～25.0mmol的矿化剂氢氧化钠并搅拌均匀，得到五种溶液C；
[0010]5)将五种溶液C分别放入反应釜中在160～220℃反应并随炉冷却，将沉淀物用去离子水清洗至中性，并放入烘箱内干燥；
[0011]6)将步骤5)中干燥后的五种沉淀物用盐酸浸泡后洗涤至中性并烘干；
[0012]7)将步骤6)中的五种样品分别放入马弗炉中于500～900℃煅烧后得到表面处理后的五种掺杂的BaTiO3纳米颗粒。
[0013]步骤5中反应时间为24～48小时。
[0014]步骤6中盐酸的浓度为0.5～3.0mol
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‑1，浸泡时间为0.5～3.0小时。
[0015]步骤7煅烧时间为2～10小时。
[0016]按以上方法得到的稀土元素掺杂后的钛酸钡纳米颗粒用于光催化二氧化碳还原反应。
[0017]本专利技术在BaTiO3纳米颗粒中掺杂不同的稀土元素，使得BaTiO3作为催化剂的光催化二氧化碳还原性能明显提升，通过将稀土元素掺杂到BaTiO3纳米颗粒中，使得催化剂可以生成一氧化碳和甲烷，且还原产物的产率均得到提升。将其应用于太阳光驱使的二氧化碳资源化应用，能够降低大气中二氧化碳浓度和缓解对化石燃料的依赖性。
附图说明
[0018]图1为对比例与实施例1
‑
5光催化剂的X射线衍射图谱；
[0019]图2为对比例的光催化二氧化碳还原产物产量图；
[0020]图3为实施例1的光催化二氧化碳还原产物产量图；
[0021]图4为实施例2的光催化二氧化碳还原产物产量图；
[0022]图5为实施例3的光催化二氧化碳还原产物产量图；
[0023]图6为实施例4的光催化二氧化碳还原产物产量图；
[0024]图7为实施例5的光催化二氧化碳还原产物产量图。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0026]对比例：
[0027]1)取12.5ml的摩尔浓度为2mol
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L
‑1的乙酸溶液向其中加入3.0mmol的硝酸钡得到溶液A；
[0028]2)取10.0mL的无水乙醇向其中加入2mmol二氧化钛混合得到溶液B；
[0029]3)将步骤1)中的A溶液与步骤2)中的B溶液混合搅拌均匀；
[0030]4)在混合溶液中加入20mmol的矿化剂氢氧化钠并搅拌均匀，得到溶液C；
[0031]5)将溶液C放入反应釜中在190℃反应36小时并随炉冷却，将沉淀物用去离子水清洗至中性，并放入烘箱内干燥；
[0032]6)将步骤5)中干燥后的沉淀物用浓度为2mol
·
L
‑1盐酸浸泡2小时后洗涤至中性并烘干；
[0033]7)将步骤6)中的样品放入马弗炉中于800℃煅烧4小时后得到BaTiO3纳米颗粒，命名为BT。
[0034]实施例1：
[0035]1)取12.5ml的摩尔浓度为2mol
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L
‑1的乙酸溶液向其中加入3.0mmol的硝酸钡得到溶液A，向溶液A中加入六水合氯化钐5.5mg得到六水合氯化钐为溶液；
[0036]2)取10.0mL的无水乙醇向其中加入2mmol二氧化钛混合得到溶液B；
[0037]3)将步骤1)中的六水合氯化钐溶液与步骤2)中的B溶液混合搅拌均匀；
[0038]4)在混合溶液中加入20mmol的矿化剂氢氧化钠并搅拌均匀，得到溶液C；
[0039]5)将溶液C放入反应釜中在190℃反应36小时并随炉冷却，将沉淀物用去离子水清洗至中性，并放入烘箱内干燥；
[0040]6)将步骤5)中干燥后的沉淀物用浓度为2mol
·
L
‑1盐酸浸泡2小时后洗涤至中性并烘干；
[0041]7)将步骤6)中的样品放入马弗炉中于800℃煅烧4小时后得到表面处理后掺杂的BaTiO3纳米颗粒，命名为Sm
‑
BT。
[0042]实施例2：
[0043]1)取12.5ml的摩尔浓度为2mol
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‑1的乙酸溶液向其中加入3.0mmol的硝酸钡得到溶液A，向溶液A中加入六水合氯化铈2.8mg得到六水合氯化铈溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.稀土元素掺杂提高钛酸钡纳米颗粒光催化二氧化碳还原性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取12.5ml的摩尔浓度为0.5～3.0mol
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L
‑1的乙酸溶液向其中加入3.0mmol的硝酸钡得到溶液A；分别向溶液A中加入六水合氯化镧4.5～6.0mg，六水合氯化钆4.5～6.0mg，六水合氯化钐4.5～6.0mg，六水合氯化铈2.5～3.0mg，六水合氯化铕2.5～3.5mg得到五种掺杂溶液分别记为六水合氯化镧为溶液A1，六水合氯化钆为溶液A2，六水合氯化钐为溶液A3，六水合氯化铈为溶液A4，六水合氯化铕为溶液A5；2)取10.0mL的无水乙醇向其中加入1.8
‑
2.2mmol二氧化钛混合得到溶液B；3)将步骤1)中的五种溶液分别与步骤2)中的B溶液混合搅拌均匀；4)在混合溶液中分别加入10.0～25.0mmol的矿化剂氢氧化钠并搅拌均匀，得到五种溶液C；5)将五种溶液C分别放入反...

【专利技术属性】
技术研发人员：李媛媛，阙美丹，蔡玮华，于海权，马毓秀，孙逊，
申请(专利权)人：贵州航天计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：