光催化劑磷酸鑭及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光催化劑磷酸鑭（LaPO4）及其制備方法和應(yīng)用，通過水熱法制備的光催化劑磷酸鑭（LaPO4）應(yīng)用于光催化還原二氧化碳和水制甲烷和氫氣。這是首次將磷酸鑭（LaPO4）應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。本發(fā)明制備方法簡單，不需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備、合成條件溫和，有利于大規(guī)模推廣。
【專利說明】光催化劑磷酸鑭及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型材料制備和光催化還原二氧化碳的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及光催化劑磷酸鑭(LaPO4)及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機和溫室效應(yīng)等環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，人類社會的可持續(xù)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，如何有效地利用太陽能來實現(xiàn)二氧化碳的固定及轉(zhuǎn)化己引起世界各國的廣泛關(guān)注。近年來，半導(dǎo)體光催化技術(shù)因在二氧化碳的固定及轉(zhuǎn)化方面的重要應(yīng)用前景，而受到眾多領(lǐng)域科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注，但由于傳統(tǒng)的T12基光催化劑存在量子效率低和太陽能利用率低等缺點，制約了光催化技術(shù)的實際應(yīng)用，因而新型高效光催化劑的成功開發(fā)設(shè)計是利用太陽能實現(xiàn)二氧化碳固定及轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種光催化劑磷酸鑭(LaPO4)及其制備方法和應(yīng)用，其制備方法簡單，不需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備、合成條件溫和，有利于大規(guī)模推廣。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
光催化劑磷酸鑭的化學(xué)式是LaP04。
[0005]采用水熱一步合成法。
[0006]具體步驟如下:將作為磷源的化合物固體溶于溶劑中制得磷源溶液；將作為鑭源的化合物固體溶于溶劑中制得鑭源溶液；在鑭源溶液中邊攪拌邊滴加磷源溶液，繼續(xù)攪拌30^180分鐘，調(diào)節(jié)混合溶液的pH值，再移入高壓反應(yīng)釜中9(T240°C恒溫12?24小時，所得沉淀用水和乙醇離心洗滌，至離子濃度〈lOppm，4(Γ120 V干燥6?24小時，研磨，得到白色的磷酸鑭粉末。
[0007]所述的磷源是磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸銨、磷酸氫銨中的一種；所述的溶劑是去離子水、乙二醇、乙醇中的一種或兩種；所述的鑭源是氯化鑭、硝酸鑭、醋酸鑭中的一種；所述的磷源溶液濃度為0.Γ1 mol/L，鑭源溶液濃度為0.0Γ0.1 mol/L。
[0008]所述的混合溶液的pH值為3-12。
[0009]所述的攪拌是磁力攪拌，攪拌速度為400?1000 rad/min。
[0010]所述的光催化劑磷酸鑭應(yīng)用于光催化還原二氧化碳和水制甲烷和氫氣。
[0011]本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明首次將磷酸鑭應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，是一種新型的光催化還原二氧化碳和水的光催化劑，能有效地進(jìn)行光催化反應(yīng)。
[0012](2)本發(fā)明的制備方法簡單易行，不需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備、合成條件溫和，有利于大規(guī)模的推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的LaPO4的X射線衍射圖(XRD )。
[0014]圖2是本發(fā)明的LaPO4的掃描電鏡圖(SEM)。
[0015]圖3是本發(fā)明的LaPO4作為催化劑光催化還原二氧化碳和水制甲烷和氫氣的情況。

【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明的光催化劑是磷酸鑭，應(yīng)用于光催化還原二氧化碳和水制甲烷和氫氣。
[0017]該光催化劑的制備方法為水熱法:
具體步驟如下:將作為磷源的磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸銨、磷酸氫銨中的一種溶于去離子水中制得濃度為0.Γ1 mol/L的磷源溶液；將作為鑭源的化合物固體氯化鑭、硝酸鑭或醋酸鑭中的一種溶于去離子水中制得濃度為0.0Γ0.1 mol/L的鑭源溶液；在鑭源溶液中邊攪拌邊滴加磷源溶液，再用稀氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液至不同PH，繼續(xù)攪拌3(Γ180分鐘，移入高壓反應(yīng)釜中9(T240°C恒溫反應(yīng)12?24小時，自然冷卻至室溫，沉淀分別用水和乙醇洗滌離心數(shù)次(至離子濃度〈10ppm)，4(Tl2(rC干燥6?24小時得到白色的磷酸鑭粉末；所述的攪拌是磁力攪拌，攪拌速度為400?1000 rad/min。
[0018]實施例1，LaPO4催化劑的制備
稱取0.003 mo I (NH4)2HPO4固體溶于30 mL去離子水中制得(NH4)2HPO4溶液；稱取
0.003 mo I La(NO3)3.6Η20固體溶于50 mL去離子水中制得硝酸鑭溶液，往硝酸鑭溶液中邊攪拌邊滴加配好的(NH4)2HPO4溶液，再用稀氨水調(diào)溶液pH至8，繼續(xù)攪拌30分鐘，將混合液移入高壓反應(yīng)釜中，在180°C下恒溫24小時，自然降溫至室溫，將所得沉淀離心、洗滌、80°〇常壓干燥24小時，研磨，得白色的LaPO4粉末。
[0019]實施例2，LaPO4催化劑的制備
稱取0.001 mo I Na3PO4固體溶于30 mL去離子水中制得Na3PO4溶液；稱取0.001 mo ILa (NO3) 3.6Η20固體溶于50 mL去離子水中制得硝酸鑭溶液，往硝酸鑭溶液中邊攪拌邊滴加配好的Na3PO4溶液，再用稀氨水調(diào)溶液pH至11，繼續(xù)攪拌60分鐘，將混合液移入高壓反應(yīng)釜中，在120°C下恒溫12小時，自然降溫至室溫，將所得沉淀離心、洗滌、60 1:常壓干燥12小時，研磨，得白色的LaPO4粉末。
[0020]圖1展示了本發(fā)明的新型光催化劑LaPO4的X射線衍射圖(XRD)，從圖中可以發(fā)現(xiàn)制備的LaPO4為純相六方晶相的LaPO4 (JCPDS: 04-0635)。
[0021]圖2展示了本發(fā)明的新型光催化劑LaPO4的掃描電鏡圖(SEM)，圖a為以(NH4)2HPO4為磷源合成的LaPO4樣品，樣品呈現(xiàn)出直徑約為20nm、長度約為0.8-1.5Mm的線狀形貌；圖b為以Na3PO4為磷源合成的LaPO4樣品，樣品呈現(xiàn)出直徑約為18nm的顆粒狀形貌。
[0022]實施例3，新型光催化劑LaPO4光催化還原二氧化碳和水制甲烷和氫氣
光催化還原二氧化碳的反應(yīng)是在一個常壓密閉的體系中進(jìn)行的，反應(yīng)器為一個體積為200 ml的圓柱形夾套玻璃反應(yīng)器，中間的石英套管用于放置紫外光源，反應(yīng)時通過夾套外的冷凝水維持反應(yīng)溫度在20°C左右。將實施例2制得的光催化劑LaPO4用作光催化劑還原CO2，稱取50 mg樣品于反應(yīng)器中，然后加入70 mL H2O,再加入0.5 mL CoCl2 (0.1M)溶液，并通過磁力攪拌器攪拌均勻。反應(yīng)前整個體系先用機械泵抽真空。真空抽完全后，通入高純的CO2氣體，吸附平衡60 min后開燈。反應(yīng)過程中的氣相產(chǎn)物通過氣體進(jìn)樣針手動打入色譜進(jìn)樣口，由在線色譜檢測分析。二氧化碳還原的情況如圖3所示，還原產(chǎn)物主要為甲烷和氫氣，并且產(chǎn)量隨光照時間的延長而增大，當(dāng)光照5小時，甲燒和氫氣的產(chǎn)量分別為3.72和2.41 Mmol，平均速率分別為0.75和0.48 Mmol.IT1。
[0023]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.光催化劑磷酸鑭，其特征在于:所述的光催化劑磷酸鑭的化學(xué)式是LaP04。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的光催化劑磷酸鑭的方法，其特征在于:采用水熱一步合成法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:具體步驟如下:將作為磷源的化合物固體溶于溶劑中制得磷源溶液；將作為鑭源的化合物固體溶于溶劑中制得鑭源溶液；在鑭源溶液中邊攪拌邊滴加磷源溶液，繼續(xù)攪拌3(Γ180分鐘，調(diào)節(jié)混合溶液的pH值，再移入高壓反應(yīng)釜中9(T240°C恒溫12?24小時，所得沉淀用水和乙醇離心洗滌，至離子濃度〈lOppm，4(Tl20°C干燥6?24小時，研磨，得到白色的磷酸鑭粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述的磷源是磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸銨、磷酸氫銨中的一種；所述的溶劑是去離子水、乙二醇、乙醇中的一種或兩種；所述的鑭源是氯化鑭、硝酸鑭、醋酸鑭中的一種；所述的磷源溶液濃度為0.Γ1 mol/L，鑭源溶液濃度為0.01 ?0.1 mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述的混合溶液的pH值為3-12。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述的攪拌是磁力攪拌，攪拌速度為400?1000 rad/min。
7.—種如權(quán)利要求1所述的光催化劑磷酸鑭或如權(quán)利要求2所述的方法制得的光催化劑磷酸鑭的應(yīng)用，其特征在于:所述的光催化劑磷酸鑭應(yīng)用于光催化還原二氧化碳和水制甲燒和氫氣。
【文檔編號】C07C1/02GK104190455SQ201410499843
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】蘇文悅, 潘寶, 羅時建, 王緒緒, 付賢智, 王心晨, 陳旬, 戴文新 申請人:福州大學(xué)