專利名稱：光催化劑氟氧化鑭的制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型材料制備和光解水制氫的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光催化劑氟氧化鑭的制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重，尋找一種可持續(xù)發(fā)展的能源，是當(dāng)前許多研究者的探索目標。氫的儲量豐富，氫氣燃燒的唯一產(chǎn)物是清潔的水，被認為是傳統(tǒng)化石燃料的替代能源。制備氫氣的方法主要有電解水、催化重整低碳有機物等，但都存在耗能大的不足，工業(yè)應(yīng)用前景不高。自從上世紀六十年代以來，半導(dǎo)體光催化分解水得到極大的關(guān)注，利用太陽能光催化分解水制氫技術(shù)可獲得價格低廉的氫氣，為解決能源危機帶來了契機，而高效催化劑的成功設(shè)計是利用太陽能光催化分解水制氫的關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供光催化劑氟氧化鑭的制備和應(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。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明的光催化劑是氟氧化鑭(LaCVxFlt2x，x=0,0. 3,0. 35,0. 4)，應(yīng)用于光解水制氫。該光催化劑的制備方法為水熱-熱處理的合成方法具體步驟如下
(1)前驅(qū)物的制備將作為氟源的氟化物固體氟化銨或氟化鈉溶于去離子水、乙二醇或乙醇中的一種或兩種的混合溶劑中制得濃度為0. Γ1 mol/L的氟源溶液；將作為鑭源的化合物固體氧化鑭、硝酸鑭或醋酸鑭中的一種溶于去離子水、乙二醇或乙醇中的一種或兩種的混合溶劑中制得濃度為0. 0Γ0. 1 mol/L的鑭源溶液；在鑭源溶液中邊攪拌邊滴加氟源溶液，繼續(xù)攪拌3(Γ180分鐘，得白色渾濁液，移入高壓反應(yīng)釜中9(T180°C恒溫反應(yīng) 12 24小時，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614 小時得到白色的前驅(qū)物；所述的氟源與鑭源的物質(zhì)的量之比為1 1 10 1;所述的攪拌是磁力攪拌，攪拌速度為400 1000 rad/min。(2)煅燒步驟(1)的前驅(qū)物于馬弗爐中經(jīng)30(T80(TC熱處理3飛h，研磨得到白色的氟氧化鑭粉末，粒徑為l(T25nm。本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于
(1)本發(fā)明首次將氟氧化鑭應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，是一種新型的光解水制氫的光催化劑， 能有效地進行光催化反應(yīng)。(2)本發(fā)明的制備方法簡單易行，有利于大規(guī)模的推廣。


圖1是本發(fā)明的LaOF的X射線衍射(XRD )圖。圖2是本發(fā)明的LaOF的莫特肖特基(MotfSchottky)曲線。
圖3是本發(fā)明的LaOF作為催化劑光解水制氫的情況。
具體實施例方式本發(fā)明的光催化劑是氟氧化鑭，應(yīng)用于光解水制氫。該光催化劑的制備方法為水熱-熱處理的合成方法具體步驟如下
(1)前驅(qū)物的制備將作為氟源的氟化物固體氟化銨或氟化鈉溶于去離子水、乙二醇或乙醇中的一種或兩種的混合溶劑中制得濃度為0. Γ1 mol/L的氟源溶液；將作為鑭源的化合物固體氧化鑭、硝酸鑭或醋酸鑭中的一種溶于去離子水、乙二醇或乙醇中的一種或兩種的混合溶劑中制得濃度為0. 0Γ0. 1 mol/L的鑭源溶液；在鑭源溶液中邊攪拌邊滴加氟源溶液，繼續(xù)攪拌3(Γ180分鐘，得白色渾濁液，移入高壓反應(yīng)釜中9(T180°C恒溫反應(yīng) 12 24小時，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614 小時得到白色的前驅(qū)物；所述的氟源與鑭源的物質(zhì)的量之比為1 1 10 1;所述的攪拌是磁力攪拌，攪拌速度為400 1000 rad/min。(2)煅燒步驟(1)的前驅(qū)物于馬弗爐中經(jīng)30(T80(TC熱處理3飛h，研磨得到白色的氟氧化鑭粉末，粒徑為l(T25nm。實施例1 LaOF催化劑的制備
稱取0.0127 mol NH4F固體溶于40 mL的去離子水中，攪拌2分鐘，得到NH4F溶液；另稱取0.0061 mol La2O3固體溶于40 mL去離子水中，邊攪拌邊滴加適量NH4F溶液，繼續(xù)攪拌30分鐘，將所獲得的白色渾濁液移入高壓反應(yīng)釜中，在180°C下恒溫18小時，將所得沉淀離心、洗滌、40 °C干燥M小時、300 °C煅燒6小時，最終研磨得到白色的LaOF粉末。實施例2 LaOF催化劑的制備
稱取0.0127 mol NH4F固體溶于40 mL的去離子水中，攪拌2分鐘，得到NH4F溶液；另稱取0.0061 mol La2O3固體溶于40 mL去離子水中，邊攪拌邊滴加適量NH4F溶液，繼續(xù)攪拌3小時，將所獲得的白色渾濁液移入高壓反應(yīng)釜中，在135°C下恒溫M小時，將所得沉淀離心、洗滌、120°C干燥6小時、800 °C煅燒4小時，最終研磨得到白色的LaOF粉末。實施例3 LaOF催化劑的制備
稱取0.0127 mol NH4F固體溶于40 mL的去離子水中，攪拌2分鐘，得到NH4F溶液；另稱取0.0061 mol La2O3固體溶于40 mL去離子水中，邊攪拌邊滴加適量NH4F溶液，繼續(xù)攪拌1小時，將所獲得的白色渾濁液移入高壓反應(yīng)釜中，在90°C下恒溫12小時，將所得沉淀離心、洗滌、60 °C干燥15小時、500 °C煅燒3小時，最終研磨得到白色的LaOF粉末。圖1展示了本發(fā)明的新型光催化劑LaOF的X射線衍射(XRD )圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)制備的LaOF為純相，其對應(yīng)的是斜方六面體相的fi_La0F( JCPDS 89-5166)，樣品晶粒大小約為20nm。圖 2展示了本發(fā)明新型光催化劑LaOF的莫特-肖特基(MotfSchottky)曲線，從圖中可看到 LaOF的平帶電勢約為-1.0097 v，更負于ΕΗ+/Η2(Ε=0 V)，說明其可以作為還原劑還原水放出氫氣。因此，LaOF可以當(dāng)做一種新型的光解水制氫的光催化劑。實施例4新型光催化劑LaOF光催化分解水制氫
光解水制氫的反應(yīng)是在一個常壓密封的循環(huán)體系中進行，反應(yīng)器為一個體積為250 ml 的圓柱形夾套反應(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1制得的LaOF粉末用作光催化劑分解水制氫，稱取100 mg樣品于反應(yīng)器中，然后加入165 mL H2O,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，然后充入高純Ar，重復(fù)此過程3次，除盡體系中的空氣。氬氣充入完畢后，加入5ml的犧牲劑甲醇，打開攪拌器和氣體循環(huán)泵，吸附平衡30 min后開燈。反應(yīng)過程中的氣相產(chǎn)物通過氣體循環(huán)泵打入六通閥，由在線色譜檢測分析。光解水產(chǎn)氫的情況如圖3 所示，從圖上可以看出在開燈之后有氫氣產(chǎn)生，并且隨著光照時間的延長氫氣的產(chǎn)量增大， 當(dāng)光照時間達到10個小時，其產(chǎn)氫量約為沈μ mol。因此，LaOF具有光解水產(chǎn)氫的性能。
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.光催化劑氟氧化鑭，其特征在于所述的光催化劑氟氧化鑭的化學(xué)式是LaOhFp2x， x=0,0. 3,0. 35,0. 4。
2.一種如權(quán)利要求1所述的光催化劑氟氧化鑭的制備方法，其特征在于所述的制備方法為水熱-熱處理的合成方法先制備前驅(qū)物，再在馬弗爐中煅燒即得所述的氟氧化鑭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化劑氟氧化鑭的制備方法，其特征在于所述的制備方法的具體步驟如下(1)前驅(qū)物的制備將作為氟源的氟化物固體溶于溶劑中制得氟源溶液；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氟源溶液，繼續(xù)攪拌 3(Γ180分鐘，得白色渾濁液，移入高壓反應(yīng)釜中9(T180°C恒溫1214小時，所得沉淀用水和乙醇離心洗滌，至離子濃度<10ppm，4(Tl2(rC干燥614小時，得到白色的前驅(qū)物；(2)煅燒將步驟(1)的前驅(qū)物于馬弗爐中30(T80(TC煅燒3飛h，研磨得到白色的氟氧化鑭粉末，粒徑為l(T25nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化劑氟氧化鑭的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的氟化物固體是氟化銨或氟化鈉中的一種；所述的溶劑是去離子水、乙二醇或乙醇中的一種或兩種的混合溶劑；所述的鑭源的化合物固體是氧化鑭、硝酸鑭或醋酸鑭中的一種；所述的氟源溶液濃度為0. Γ1 mol/L，鑭源溶液濃度為0.0廣0. 1 mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化劑氟氧化鑭的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的氟源與鑭源的物質(zhì)的量之比為1 1 10 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化劑氟氧化鑭的制備方法，其特征在于步驟(1)中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所述的光催化劑氟氧化鑭或如權(quán)利要求2所述的方法制備的光催化劑氟氧化鑭的應(yīng)用，其特征在于所述的光催化劑氟氧化鑭應(yīng)用于光解水制氫。
全文摘要
本發(fā)明公開了光催化劑氟氧化鑭的制備和應(yīng)用，通過水熱-熱處理的合成方法制備的光催化劑氟氧化鑭應(yīng)用于光解水制氫。這是首次將氟氧化鑭(LaO1-xF1+2x，x=0，0.3，0.35，0.4)應(yīng)用于光催化分解水制氫領(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。
文檔編號B01J27/12GK102430417SQ20111027569
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月17日
發(fā)明者付賢智, 劉平, 戴文新, 李朝暉, 王緒緒, 蘇文悅, 解泉華, 陳旬 申請人:福州大學(xué)