一种光催化材料BaTaO2N的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种光催化材料BaTaO2N的制备方法及其应用，所述光催化材料BaTaO2N的制备方法包括以下步骤：S1、将Ta源、Ba源与助熔剂混合，研磨，得到混合物；S2、将所述混合物置于马弗炉中升温加热，得到银灰色粉末固体；S3、将所述银灰色粉末固体用稀硝酸和水洗涤，真空干燥，研磨，得到光催化材料BaTaO2N。本发明专利技术以Ta源、Ba源为前驱体，在助熔剂存在下进行升温加热处理，快速合成出缺陷密度低、晶体结晶度高的高性能光解水光催化剂BaTaO2N，该制备过程安全，无需废气处理，避免氨气气氛下苛刻的制备环境及条件，并且反应时长较短，减少能量消耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化材料BaTaO2N的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料制备
，具体涉及一种光催化材料BaTaO2N的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]由于全球工业的迅速发展，环境污染和能源紧缺问题日益严重，利用太阳能分解水制氢被认为是解决这两大问题的理想手段。但太阳能能量密度低、随时间和区域波动大等缺点，通常需要将太阳能转化为其他能源形式进行实际应用，包括电能和化学能。虽然通过太阳能电池将太阳能转化为电能已处于相对成熟的阶段，但电能的储存仍然是一个问题。由于化学能适合储存，将太阳能转化为化学能成为一种替代策略。特别是光催化分解水制氢，是一种理想的清洁高能燃料。然而作为实现这种能量转换的半导体光催化剂通常存在缺陷多、带隙宽、稳定性差等问题，使得催化剂中光生电子
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空穴复合几率高，对可见光的利用效率低，这降低了光催化活性。传统半导体金属氧化物或金属氮化物催化剂存在的以上问题大大限制了它们的发展。
[0003]钙钛矿氮氧化物材料BaTaO2N结构灵活，可通过单离子或多离子掺杂调节其组成，例如在钙钛矿Ta位引入金属离子(如Al
3+
、Ga
3+
、Mg
2+
等)可以调节其光电性质、磁性及表面缺陷等。钙钛矿材料BaTaO2N响应可见光，但由于BaTaO2N的氮化过程具有缓慢的动力学，所以传统制备BaTaO2N光催化剂的方法是高温氨气气氛下长时间氮化容易产生大量O缺陷，成为载流子的复合中心，与此同时氨气存在一定危险性，需要具有废气处理过程，并且有时需氮化60h才能得到晶型较为完整的BaTaO2N。长时间的高温焙烧不仅使Ba大量流失，同时消耗大量能量，造成能量浪费，还会使晶体产生大量O缺陷，并且高温制备过程中伴随氨气的解离，生成的氢气会将Ta
5+
还原为Ta
4+
，阴离子空位和低价金属离子作为载流子的复合中心，不利于光催化反应的光生载流子的分离和转移。因此，传统高温氨解法存在的长时间氮化过程及苛刻的反应环境等问题导致该方法合成出的BaTaO2N晶体缺陷多，光催化活性较低。因此如何制备出晶体缺陷少，光催化活性高的光催化分解水的材料亟待解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提出一种光催化材料BaTaO2N的制备方法及其应用，旨在解决现有的方法合成出的BaTaO2N晶体缺陷多，光催化活性较低的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种光催化材料BaTaO2N的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将Ta源、Ba源与助熔剂混合，研磨，得到混合物；
[0007]S2、将所述混合物置于马弗炉中升温加热，得到银灰色粉末固体；
[0008]S3、将所述银灰色粉末固体用稀硝酸和水洗涤，真空干燥，研磨，得到光催化材料BaTaO2N。
[0009]可选地，在步骤S1中，所述Ta源为TaCl5或Ta2O5；和/或，
[0010]所述Ba源包括BaCO3、Ba(NO3)2、BaCl2之中的任一种。
[0011]可选地，在步骤S1中，所述Ba源与所述Ta源的摩尔比为0.8～2：1。
[0012]可选地，在步骤S1中，所述Ta源与所述助熔剂的摩尔比为(0.1～0.5)：(0.5～0.9)。
[0013]可选地，在步骤S1中，所述助熔剂包括NaCl、Na2CO3之中的至少一种。
[0014]可选地，所述助熔剂为NaCl+Na2CO3，所述NaCl与所述Na2CO3的摩尔比为0.1～0.9：1。
[0015]可选地，在步骤S2中，所述升温加热的温度为800～1200℃；和/或，
[0016]所述升温加热的时间为5～20h；和/或，
[0017]所述升温加热的升温速率为4～6℃/min。
[0018]本专利技术还提出一种光催化材料BaTaO2N，所述光催化材料BaTaO2N由如上所述的光催化材料BaTaO2N的制备方法制得。
[0019]本专利技术还提出一种如上所述的光催化材料BaTaO2N的应用，所述光催化材料BaTaO2N用于光催化分解水反应。
[0020]本专利技术提供的技术方案中，以Ta源、Ba源为前驱体，在助熔剂存在下进行升温加热处理，快速合成出缺陷密度低、晶体结晶度高的高性能光解水光催化剂BaTaO2N，首先，采用助熔能够降低反应温度、缩短反应时间，从而抑制长时间高温焙烧过程中产生的缺陷密度，提高BaTaO2N反应活性。其次，助熔剂在熔融过程中产生的阴离子，对最终晶体BaTaO2N具有结构导向作用，并通过调控二者比例，可暴露对全解水有利的特定晶面，提高活性，该合成过程是将前驱体与助熔剂混合均匀后于马弗炉中进行，制备过程安全，无需废气处理，避免氨气气氛下苛刻的制备环境及条件，并且反应时长较短，减少能量消耗。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例2和对比例1、4得到的不同气氛下制备出的BaTaO2N的XRD图谱对比图；
[0023]图2为本专利技术实施例5
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7和对比例1
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6得到的不同气氛下BaTaO2N全解水活性对比图。
[0024]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但
是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]钙钛矿材料BaTaO2N响应可见光，但由于BaTaO2N的氮化过程具有缓慢的动力学，所以传统制备BaTaO2N光催化剂的方法是高温氨气气氛下长时间氮化容易产生大量O缺陷，成为载流子的复合中心，与此同时氨气存在一定危险性，需要具有废气处理过程，并且有时需氮化60h才能得到晶型较为完整的BaTaO2N。长时间的高温焙烧不仅使Ba大量流失，同时消耗大量能量，造成能量浪费，还会使晶体产生大量O缺陷，并且高温制备过程中伴随氨气的解离，生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化材料BaTaO2N的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将Ta源、Ba源与助熔剂混合，研磨，得到混合物；S2、将所述混合物置于马弗炉中升温加热，得到银灰色粉末固体；S3、将所述银灰色粉末固体用稀硝酸和水洗涤，真空干燥，研磨，得到光催化材料BaTaO2N。2.如权利要求1所述的光催化材料BaTaO2N的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述Ta源为TaCl5或Ta2O5；和/或，所述Ba源包括BaCO3、Ba(NO3)2、BaCl2之中的任一种。3.如权利要求1所述的光催化材料BaTaO2N的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述Ba源与所述Ta源的摩尔比为0.8～2：1。4.如权利要求1所述的光催化材料BaTaO2N的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述Ta源与所述助熔剂的摩尔比为(0.1～0.5)：(0.5～0.9)。5.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡梦蝶，陈永帅，柏家奇，孙松，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：