【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种含氮化合物固溶体光催化剂及其制备方法与应用，属于催化材料。
技术介绍
1、利用无机半导体光催化剂实现光催化完全分解水为h2和o2是解决能源危机和环境问题的理想方法之一。为此目的，已经开发了大量紫外光响应的半导体材料。然而，这类材料带隙宽，对太阳能光谱中的可见光利用率低。为了有效地利用太阳能，开发具有宽光谱响应的半导体材料势在必行。在众多已开发的可见光响应半导体材料(金属氧化物、金属含氧酸盐、金属/非金属掺杂氧化物、(氧)氮化物、(氧)硫化物、卤氧化物等)中，(氧)氮化物因其具有较宽的可见光吸收和合适的导/价带位置得到广泛关注。
2、但是，吸收范围的拓展会降低电荷分离的驱动力。两者之间的矛盾虽不可调和但可通过调节相互制约的程度达到平衡状态，使得半导体材料同时兼具较宽的光吸收范围和较大的驱动力。在调控光吸收范围和驱动力大小的策略中，固溶体的形成可实现导带和价带位置的同时调控，为兼顾光吸收和驱动力提供了最佳的解决问题途径。目前已经开发氧化物-氧化物固溶体(β-agal1-xgaxo2、(agnbo3)1-x(srtio3)x)、氧化物-氮化物固溶体((ga1-xznx)(n1-xox)、bazro3-batao2n)和硫化物-硫化物固溶体((agin)xzn2(1-x)s2，zns-guins2-agins2)等。然而，对于氮掺杂氧化物-(氮)氧化物固溶体，目前的研究仅限于钙钛矿型结构(abo3)的中a位点的变化，如naxla1-xtao1+2xn2-2x、sr1-xcaxtao2n。因此合成新型的针对a
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种钙钛矿结构含氮化合物固溶体光催化剂及其制备方法和应用。将mg2+取代batao2n中位于abo3结构中b位的ta5+。将该固溶体催化剂应用于光催化分解水产氢半反应、“z”机制全分解水制氢中均取得优异的光催化活性。多相光催化实验表面光本专利技术涉及的钙钛矿型含氮化合物固溶体在光催化领域具有很好的应用前景。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术一方面提供一种含氮化合物固溶体光催化剂，所述方法包括以下步骤：
4、(1)将tacl5溶解在甲醇溶液中，加入乙二醇和柠檬酸，使两者充分溶解；
5、(2)向步骤(1)所得的透明溶液中加入ba(no3)3和mgco3，使两者充分溶解；
6、(3)将步骤(2)所得溶液进行加热回流；
7、(4)将步骤(3)所得的溶液进行加热处理，进行溶胶化；
8、(5)将步骤(4)所得的固体粉末进行焙烧处理，以去除有机碳，得到氧化物前驱体；
9、(6)将步骤(5)所得的氧化物前驱体在氨气氛围下进行氮化处理，得到含氮化合物固溶体；
10、(7)将步骤(6)得到的含氮化合物固溶体担载贵金属，得到钙钛矿结构含氮化合物固溶体光催化剂。
11、上述技术方案中，进一步地，所述步骤(1)中tacl5、乙二醇与柠檬酸的物质的量之比为1：15：60。
12、上述技术方案中，进一步地，所述步骤(2)中ba(no3)3、mgco3和tacl5的物质的量之比1：0.05～0.4：0.6～0.95。
13、上述技术方案中，进一步地，所述步骤(3)中回流温度为100～200℃，回流时间为3～10h。
14、上述技术方案中，进一步地，所述步骤(4)中加热温度为250～400℃，加热时间为0.1～2h。
15、上述技术方案中，进一步地，所述步骤(5)中焙烧温度为500～750℃，焙烧时间为0.5～2h。
16、上述技术方案中，进一步地，所述步骤(6)中氮化处理的升温速率为5℃/min，氨气流速为100～250ml/min，氮化处理温度为900～950℃，时间为6～10h。
17、上述技术方案中，进一步地，所述步骤(7)中贵金属包括ru、rh、pd、ag、ir、pt、au中的至少一种，贵金属的担载量为0.01～5wt％；
18、担载贵金属的方法为：
19、(1)将含氮化合物固溶体粉末分散在含有贵金属前驱体溶液中，超声分散后水浴蒸干；
20、(2)在氢气气流下100～400℃还原0.5～3.0h，或在氮气或氩气惰性气氛下100～500℃焙烧0.5～4.0h。
21、上述制备方法制得的含氮化合物固溶体光催化剂中，所述含氮化合物固溶体的吸收带边在550nm到650nm之间可连续调节。
22、本专利技术第二方面提供一种上述的含氮化合物固溶体光催化剂在光催化产氢反应中的应用，以乳酸、硫化钠、抗坏血酸、甲酸、甲醇、三乙醇胺中的一种或多种作为空穴牺牲试剂，与光催化剂粉末一起分散于h2o中，光照分解h2o产生氢气。
23、本专利技术第三方面提供一种上述的含氮化合物固溶体光催化剂在光催化“z”机制全分解水产氢反应中的应用，以io3-/i-、fe3+/2+、[fe(cn)6]3-/4-中的一种或几种作为氧化-还原电对，与光催化剂粉末一起分散于h2o中，光照分解h2o产生氢气和氧气。
24、本专利技术的有益效果为：
25、①本专利技术合成过程简单易操作，易于大面积推广应用。
26、②本专利技术合成的催化剂产率高，化学性质稳定。
27、③本专利技术合成的催化剂具有吸收带边在560nm到650nm之间可调节，在光催化反应中具有潜在的应用价值。
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1.一种含氮化合物固溶体光催化剂，其特性在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中TaCl5、乙二醇与柠檬酸的物质的量之比为1：15：60。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中Ba(NO3)3、MgCO3和TaCl5的物质的量之比1：0.05～0.4：0.6～0.95。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中回流温度为100～200℃，回流时间为3～10h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中加热温度为250～400℃，加热时间为0.1～2h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中焙烧温度为500～750℃，焙烧时间为0.5～2h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中氮化处理的升温速率为5℃/min，氨气流速为100～250mL/min，氮化处理温度为900～950℃，时间为6～10h。
8.根据权利要求1所述的制备
9.一种权利要求1-8任一项所述制备方法制得的含氮化合物固溶体光催化剂在光催化产氢反应中的应用，其特征在于：以乳酸、硫化钠、抗坏血酸、甲酸、甲醇、三乙醇胺中的一种或多种作为空穴牺牲试剂，与光催化剂粉末一起分散于H2O中，光照分解H2O产生氢气。
10.一种权利要求1-8任一项所述制备方法制得的含氮化合物固溶体光催化剂在光催化“Z”机制全分解水反应中的应用，其特性在于：以IO3-/I-、Fe3+/2+、[Fe(CN)6]3-/4-中的一种或几种作为氧化-还原电对，与光催化剂粉末一起分散于H2O中，光照分解H2O产生氢气和氧气。
...【技术特征摘要】
1.一种含氮化合物固溶体光催化剂，其特性在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中tacl5、乙二醇与柠檬酸的物质的量之比为1：15：60。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中ba(no3)3、mgco3和tacl5的物质的量之比1：0.05～0.4：0.6～0.95。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中回流温度为100～200℃，回流时间为3～10h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中加热温度为250～400℃，加热时间为0.1～2h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中焙烧温度为500～750℃，焙烧时间为0.5～2h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中氮化处理的升...
【专利技术属性】
技术研发人员：章福祥，祁育，郭向阳，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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