及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可見光響應的光催化劑Nd4Si3O1^其制備方法，屬于無機光催化材料領域。
【背景技術】
[0002]隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于能源和生態(tài)環(huán)境越來越關注，解決能源短缺和環(huán)境污染問題是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質量和保障國家安全的迫切需要。
[0003]從20世紀70年代末期，人們提出了利用光催化劑分解水中和大氣中的農(nóng)藥以及惡臭物質等有機物，以及涂有光催化劑的固體表面的自我清潔等應用實例。光催化反應的原理是光催化劑在吸收了高于其帶隙能量的光子后，生成了空穴和電子，這些空穴和電子分別進行氧化反應和還原反應，達到分解有害化學物質、有機生物質和殺菌的目的。光催化劑有許多種，其中最有代表性的是二氧化鈦(T12)，已經(jīng)利用二氧化鈦對水中和大氣中的農(nóng)藥和惡臭物質等有機物進行分解，然而二氧化鈦的帶隙是3.2eV,只有在比400nm短的紫外線的照射下才能顯現(xiàn)出活性，只能在室內(nèi)或者有紫外燈的地方工作，幾乎不能利用可見光，這大大的限制了二氧化鈦光催化劑的使用。
[0004]考慮到光催化劑在分解有害物質中的實用性，利用太陽光作為光源是不可缺少的。照射向地表的太陽光中波長在500nm附近可見光的強度最大，波長為400nm~750nm的可見光區(qū)的能量大約是太陽光總能量的43%，所以為了高效的利用，鉍系光催化劑的開發(fā)和研究已經(jīng)取得了一系列重大的成果，三價鉍的復合物如BiV04、Bi2MoO6, Bi2Mo2O^ Bi2Mo3O12和扮2104被報道在可見光下具有良好的吸收。一系列鈮(鉭)酸鹽光催化劑由于具有較高的光催化活性而被廣泛研究。例如，鈮酸鹽光催化劑Pb3Nb4013、BiNbOjP Bi 2MNb07 (M=Al,Ga,In，Y，稀土元素和Fe)等和鈮鉀復合氧化物光催化劑如KNbO3' KNb3O8, K4Nb6O17^P K 6Nb10.6030等都具有較好的光催化性能，但是在可見光范圍內(nèi)其本征光催化效應很弱或沒有活性。
[0005]雖然光催化研究已進行了若干年，目前對可見光響應的光催化劑的探索與開發(fā)大部分是通過大量實驗而得出的經(jīng)驗總結，在理論上還無法從化合物的晶體結構、組成、分子量等理化性質上預測其光催化性能，因此目前報道的具有可見光響應的光催化劑種類仍很有限，并存在著光轉換效率低、合成困難、穩(wěn)定性差和光譜響應范圍窄等問題，研究和開發(fā)新的制備方法簡單并具有寬頻可見光響應的高效光催化劑是本領域科技人員一直渴望解決但始終難以獲得成功的難題，這在很大程度上限制了光催化劑的廣泛應用與發(fā)展。我們對組成為Nd4Si3012、Bi4Si3O12^P Nd 4Ti3012的樣品進行了光催化性能研究。結果發(fā)現(xiàn)Nd4Si3O12帶隙寬度是2.64eV,且具有優(yōu)異的可見光響應的光催化性能；Nd 4113012帶隙寬度大于3.2 eV，在紫外線的照射下才顯現(xiàn)出活性；Bi4Si3012S絕緣體，在紫外線的照射下也不顯現(xiàn)出活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種具有可見光響應的光催化劑Nd4Si3012&其制備方法。
[0007]本發(fā)明涉及的具有可見光響應的光催化劑的化學組成式為:Nd4Si3O1213
[0008]上述可見光響應的光催化劑的制備方法具體步驟為:
(I)將99.9%分析純的化學原料Nd2O3和S1 2的原始粉末按Nd 4Si3012的組成稱量配料。
[0009](2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時，混合磨細，取出烘干，過200目篩。
[0010](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1300~1350°C預燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機粉碎使顆粒平均直徑變小，低于2 μπι，即得到Nd4Si3O12粉末。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點=Nd4Si3O12光催化劑的可見光響應頻率范圍寬，光轉換效率高和穩(wěn)定性好，在可見光照射下具有分解有害化學物質、有機生物質和殺菌的作用；另外制備方法簡單、合成溫度低，成本低，適合工業(yè)生產(chǎn)與應用。
【具體實施方式】
[0012]下面將對本發(fā)明進行具體說明:
1、為了得到本發(fā)明中所使用的復合氧化物，首先使用固相合成法制備粉末，即把作為原料的各種氧化物或碳酸鹽按照目標組成化學計量比進行混合，再在常壓下于空氣氣氛中合成。
[0013]2、為了能夠有效利用光，本發(fā)明中的光催化劑的尺寸最好在微米級別，甚至是納米粒子，且比表面積較大。用固相合成法制備的氧化物粉末，其粒子較大而表面積較小，但是可以通過球磨機粉碎手段使粒子直徑變小。
[0014]3、本發(fā)明的光催化實驗以甲基橙作為模擬有機污染物，其濃度為20mg/L ;光催化劑Nd4Si3O12的加入量為lg/L ;光源使用300W的氙燈，反應槽使用硼硅酸玻璃制成的器皿，通過濾波器得到波長大于420nm的光，然后照射光催化劑；催化時間設定為60分鐘。
[0015]實施例1:
(I)將99.9%分析純的化學原料Nd2O3和S1 2的原始粉末按Nd 4Si3012的組成稱量配料。
[0016](2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時，混合磨細，取出烘干，過200目篩。
[0017](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1300°C預燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機粉碎使顆粒平均直徑變小，低于2 μπι，即得到Nd4Si3O12粉末。
[0018]所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，60分鐘對甲基橙去除率達到97.5%ο
[0019]實施例2:
(I)將99.9%分析純的化學原料Nd2O3和S1 2的原始粉末按Nd 4Si3012的組成稱量配料。
[0020](2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時，混合磨細，取出烘干，過200目篩。
[0021](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1330°C預燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機粉碎使顆粒平均直徑變小，低于2 μπι，即得到Nd4Si3O12粉末。
[0022]所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，60分鐘對甲基橙去除率達到98.2%ο
[0023]實施例3:(1)將99.9%分析純的化學原料Nd203和S1 2的原始粉末按Nd 4Si3012的組成稱量配料。
[0024](2)將步驟(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時，混合磨細，取出烘干，過200目篩。
[0025](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1350°C預燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機粉碎使顆粒平均直徑變小，低于2 ym，即得到Nd4Si3012粉末。
[0026]所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，60min對甲基橙去除率達到 97.8%。
[0027]本發(fā)明決不限于以上實施例。各溫度的上下限、區(qū)間取值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不--列舉實施例。
[0028]以上發(fā)明實施例所制的光催化劑粉末可負載于多種基體表面上?；w可以是玻璃、陶瓷、活性炭或石英砂等，光催化劑可以以薄膜的形式負載于基體表面。
【主權項】
1.一種可見光響應的光催化劑，其特征在于所述光催化劑的化學組成式為Nd 4Si3012； 所述光催化劑的制備方法具體步驟為: (1)將99.9%分析純的化學原料Nd203和S1 2的原始粉末按Nd #3012的組成稱量配料； (2)將步驟(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時，混合磨細，取出烘干，過200目篩； (3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1300~1350°C預燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機粉碎使顆粒平均直徑低于2 μπι，即得到Nd4Si3012粉末。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬頻高效的可見光響應光催化劑Nd4Si3O12及其制備方法。該光催化劑的化學組成式為Nd4Si3O12。本發(fā)明還公開了上述材料的制備方法。本發(fā)明得到的光催化劑具有光譜響應范圍寬，光轉換效率高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點。在可見光照射下具有分解有害化學物質、有機生物質和殺菌的作用；另外制備方法簡單、合成溫度低，成本低，適合工業(yè)生產(chǎn)與應用。
【IPC分類】C02F1/30, A01P3/00, B01J23/10, A01N59/16, A01P1/00
【公開號】CN105233813
【申請?zhí)枴緾N201510669383
【發(fā)明人】覃杏柳, 向飛, 蘇聰學
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月19日