本發(fā)明屬于光電催化材料，具體涉及一種尖晶石型高熵氧化物光電催化材料及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、太陽能是一種分散的、取之不盡用之不竭的自然資源。研究人員發(fā)現(xiàn)，輻射到地球表面的太陽能(1.3×105tw)遠(yuǎn)高出了當(dāng)前全球人類能源消耗總量。將太陽能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定存在的化學(xué)能源被認(rèn)為是解決能源與環(huán)境問題最具前景的戰(zhàn)略之一。光電催化分解水技術(shù)是一種公認(rèn)的將太陽能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的化學(xué)能的綠色技術(shù)。由于太陽光譜主要以可見光為主(≥45％)，因此提高光電極對可見光的利用率是高效利用太陽能的前提條件之一。

2、尖晶石型化合物具有豐富的成分與結(jié)構(gòu)、靈活可調(diào)的物理化學(xué)性質(zhì)使得銅鐵礦型氧化物成為光伏，光催化及光電催化等領(lǐng)域的熱點(diǎn)材料之一。尖晶石型高熵氧化物具有較高的熵值，較低的吉布斯自由能和豐富的反應(yīng)活性位點(diǎn)，在光學(xué)、電學(xué)、能源等領(lǐng)域表現(xiàn)從優(yōu)異的性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前還未關(guān)于尖晶石型高熵氧化物光電催化材料的相關(guān)報(bào)道，本發(fā)明通過高溫固相反應(yīng)制得了一種尖晶石型高熵氧化物光電催化材料，并將該材料應(yīng)用在光電催化分解水產(chǎn)氫方面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種尖晶石型高熵氧化物光電催化材料及應(yīng)用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種尖晶石型高熵氧化物光電催化材料，化學(xué)式為cum2o4，晶體結(jié)構(gòu)為尖晶石結(jié)構(gòu)，四方體心晶胞，屬于四方晶系，空間群為i41/amd；m為al、ga、v、cr、mn、fe、co、ni元素中的5-8種，各m元素的摩爾百分比為10-20％；其中m中至少含有al、ga中的至少一種。

4、所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料的制備方法包括：將氧化銅和金屬m的氧化物混合進(jìn)行燒結(jié)，得到尖晶石型高熵氧化物光電催化材料。

5、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料為單一尖晶石結(jié)構(gòu)。

6、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述燒結(jié)采用的加熱方式為輻射加熱。

7、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述燒結(jié)溫度為900-1200℃，時(shí)間為4-30h，氣氛為氧氣或空氣。

8、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述燒結(jié)次數(shù)為3次以上。

9、本發(fā)明還要求保護(hù)所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料在光催化水解產(chǎn)氫中的應(yīng)用。

10、本發(fā)明還要求保護(hù)所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料在有機(jī)污染物或重金屬去除中的應(yīng)用。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過合理的元素設(shè)計(jì)，得到四方體心晶胞、空間群為i41/amd的尖晶石型高熵氧化物光電催化材料cum2o4，所述cum2o4具有高光電催化活性和穩(wěn)定性。此外，尖晶石型高熵氧化物種各金屬離子之間協(xié)同作用可以有效改善尖晶石型光電催化材料的載流子分離率，光學(xué)性質(zhì)，電子結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)，能夠顯著增強(qiáng)催化劑的催化活性。并且cum2o4中豐富的金屬元素為光電催化反應(yīng)提供了豐富的反應(yīng)活性位點(diǎn)，提高了催化反應(yīng)活性和選擇性。

技術(shù)特征：

1.一種尖晶石型高熵氧化物光電催化材料，其特征在于，化學(xué)式為cum2o4，晶體結(jié)構(gòu)為尖晶石結(jié)構(gòu)，四方體心晶胞，屬于四方晶系，空間群為i41/amd；m為al、ga、v、cr、mn、fe、co、ni元素中的5-8種，各m元素的摩爾百分比為10-20％；其中m中至少含有al、ga中的至少一種；

2.如權(quán)利要求1所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料，其特征在于，所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料為單一尖晶石結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料，其特征在于，所述燒結(jié)采用的加熱方式為輻射加熱。

4.如權(quán)利要求1所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料，其特征在于，所述燒結(jié)溫度為900-1200℃，時(shí)間為4-30h，氣氛為氧氣或空氣。

5.如權(quán)利要求1所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料，其特征在于，所述燒結(jié)次數(shù)為3次以上。

6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料在光催化水解產(chǎn)氫中的應(yīng)用。

7.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料在有機(jī)污染物或重金屬去除中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種尖晶石型高熵氧化物光電催化材料及應(yīng)用，屬于光電催化材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述尖晶石型高熵氧化物光電催化材料的化學(xué)式為CuM<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;，晶體結(jié)構(gòu)為尖晶石結(jié)構(gòu)，四方體心晶胞，屬于四方晶系，空間群為I4<subgt;1</subgt;/amd；M為Al、Ga、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni元素中的5?8種，各M元素的摩爾百分比為10?20％；其中M中至少含有Al、Ga中的至少一種。本發(fā)明利用CuM<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;中豐富的金屬元素為光電催化反應(yīng)提供了豐富的反應(yīng)活性位點(diǎn)，提高了催化反應(yīng)活性和選擇性。并且，通過高熵效應(yīng)，晶格畸變效應(yīng)，遲滯擴(kuò)散效應(yīng)極大提高了光電催化材料的穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的尖晶石型光電催化材料具有高光電催化分解水活性和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：趙宗彥,單寶峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14