一种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂、制备方法及其应用，本发明专利技术将F离子掺杂进入Nb2O5光催化剂材料中，在Nb2O5导带和价带之间加入新的杂化态，缩小禁带宽度，极大的提高光催化效率；该制备方法简单、操作方便、生产加工成本低，所制备催化剂光催化性能良好，可应用于水污染降解等方面。等方面。等方面。

【技术实现步骤摘要】
一种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料
，具体涉及一种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]在全球工业化进程加剧的大背景下，环境污染以及能源短缺问题已经成为阻碍人类社会发展的瓶颈问题。光催化技术由于能够在常温常压下将太阳能转化为可直接利用的化学能而受到科研工作者普遍关注。
[0003]光催化技术由于其清洁、无污染以及其能直接利用太阳能等优点，目前已经被广泛应用于环境治理以及能源发展等领域。作为光催化技术的核心环节，光催化材料的制备以及改性是光催化技术发展的关键。目前，已经报道了许多可应用光催化的材料，包括TiO2、SnO2、WO3等。然而，这些材料因始终存在光响应能力不足、光生载流子分离效率低以及界面催化反应迟缓等问题。因此，开发新型高效的光催化剂对于推动光催化技术的发展具有重要的科学和现实意义。
[0004]Nb2O5基光催化材料，由于其较宽的带隙结构和较深的价带位置使其拥有光生载流子不易复合以及光催化氧化性强等独特优势，越来越受到人们的广泛关注。此外，Nb2O5化学性质稳定且具有良好的抗酸腐蚀性(硫酸和氢氟酸除外)，使其在光催化领域，特别是光催化水污染控制应用中展现出了一定的潜力。
[0005]为了进一步提升性能，科研工作者采用形貌调控、掺杂以及构建复合材料等多种策略对Nb2O5进行改性。其中，非金属元素掺杂能在导带和价带之间加入新的杂化态，缩小禁带宽度，缩小Nb2O5光催化剂的光响应范围，改善其光催化活性。但目前针对Nb2O5的非金属掺杂多选择C、N、S等元素，而对F元素掺杂Nb2O5的研究还较为缺乏。
[0006]鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决如何通过F元素对Nb2O5进行改性，在Nb2O5导带和价带之间加入新的杂化态，缩小禁带宽度，提高光催化效率的问题，提供了一种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂、制备方法及其应用。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术公开了一种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1，将草酸铌溶于水和乙醇的混合溶液，加热搅拌，得到澄清透明混合溶液；
[0010]S2，将NaF溶于水中，搅拌，得到均匀混合溶液；
[0011]S3，将步骤S2中得到的均匀混合溶液逐滴滴入步骤S1中得到的澄清透明混合溶液中，搅拌后将混合溶液进行水热反应，得到反应产物；
[0012]S4，将步骤S3中得到的反应产物离心并分别用去离子水和无水乙醇清洗，在真空环境下干燥后得到催化剂。
[0013]所述步骤S1中水和乙醇的混合溶液中水和乙醇的体积比为(2～4)：(1～3)。
[0014]所述步骤S1中加热温度为60℃～80℃，搅拌时间为10min～30min。
[0015]所述步骤S2中搅拌时间为5min～15min。
[0016]所述步骤S2中NaF的量满足以下条件：F元素含量与Nb元素的含量的比值为(0～0.3):1。
[0017]所述步骤S3中搅拌时间为10min～30min。
[0018]所述步骤S3中水热温度为120℃～200℃，水热反应时间为12h～36h。
[0019]所述步骤S4中首先使用去离子水对反应产物洗涤2～4次，再使用无水乙醇对反应产物洗涤2～4次，所述干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为6h～12h。
[0020]本专利技术还公开了采用上述制备方法制得的F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂以及这种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂在光催化降解罗丹明B溶液中的应用。
[0021]与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：本专利技术将F离子掺杂进入Nb2O5光催化剂材料中，在Nb2O5导带和价带之间加入新的杂化态，缩小禁带宽度，极大的提高光催化效率；该制备方法简单、操作方便、生产加工成本低，所制备催化剂光催化性能良好。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1～实施例6制备方法得到的催化剂的XRD谱图，图中1为实施例1中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，2为实施例2中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，3为实施例3中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，4为实施例4中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，5为实施例5中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，6为实施例6中制备的Nb2O5光催化材料；
[0023]图2为实施例2制备的F掺杂Nb2O5光催化材料与实施例6制备的Nb2O5光催化材料的XPS图；
[0024]图3为实施例1～6制备的不同光催化材料对罗丹明B的降解随光照时间的变化曲线图，图中1为实施例1中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，2为实施例2中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，3为实施例3中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，4为实施例4中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，5为实施例5中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，6为实施例6中制备的Nb2O5光催化材料。
[0025]图4为实施例2和实施例7～10制备的不同光催化材料对罗丹明B的降解随光照时间的变化曲线图，图中1为实施例7中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，2为实施例8中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，3为实施例9中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，4为实施例2中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，5为实施例10中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料。
[0026]图5为实施例2和实施例11～14制备的不同光催化材料对罗丹明B的降解随光照时间的变化曲线图，图中1为实施例11中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，2为实施例12中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，3为实施例2中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，4为实施例13中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料，5为实施例14中制备的F掺杂改性Nb2O5光催化材料。
具体实施方式
[0027]以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0028]实施例1
[0029]一种F元素掺杂改性Nb2O5光催化纳米材料的制备方法使按照以下步骤完成的：
[0030]步骤1：将2mmol草酸铌溶于25mL水和乙醇的混合溶液，水和乙醇体积比为3:2，并于60℃下搅拌10min，得到澄清透明混合溶液A；同时，取适量NaF溶于5mL水，使其F元素含量与Nb元素的含量的比值为0.3:1，并搅拌10min，得到均匀混合溶液B；
[0031]步骤2：将步骤1所得溶液B逐滴滴入步骤1所得溶液A，剧烈搅拌10min后，将混合溶液放入50mL反应釜中，180℃水热24h得到反应产物Ⅰ；
[0032]步骤3：将反应产物Ⅰ离心并分别用去离子水和无水乙醇清洗3次，在60℃真空环境下干燥6h得到催化剂样品。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将草酸铌溶于水和乙醇的混合溶液，加热搅拌，得到澄清透明混合溶液；S2，将NaF溶于水中，搅拌，得到均匀混合溶液；S3，将步骤S2中得到的均匀混合溶液逐滴滴入步骤S1中得到的澄清透明混合溶液中，搅拌后将混合溶液进行水热反应，得到反应产物；S4，将步骤S3中得到的反应产物离心并分别用去离子水和无水乙醇清洗，在真空环境下干燥后得到催化剂。2.如权利要求1所述的一种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中水和乙醇的混合溶液中水和乙醇的体积比为(2～4)：(1～3)。3.如权利要求1所述的一种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中加热温度为60℃～80℃，搅拌时间为10min～30min。4.如权利要求1所述的一种F离子掺杂改性Nb2O5的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中搅拌时间为5min～15min。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：马同宇，靳凤先，郭盛祺，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：