YLaSmErYbCeO六元稀土高熵氧化物光催化材料及其制备方法与除铀应用

本发明属于光催化材料与放射性废水治理，具体涉及ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料及其制备方法与除铀应用。

背景技术：

1、铀矿采冶、核燃料循环等过程中产生的含铀放射性废水，对生态环境与公共健康构成严重威胁。光催化还原技术可将溶解性u(vi)还原为不溶性u(iv)沉淀，是一种环境友好、能耗低的铀分离与固定策略。然而，传统光催化剂存在光生载流子复合率高、可见光利用率低、稳定性差等问题，难以应对复杂真实废水环境。

2、高熵材料（high-entropy materials, hems）凭借其高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应和鸡尾酒效应，为设计高性能光催化剂提供了新思路。其中，高熵氧化物（heo）因其组分可调性强、化学稳定性高、缺陷化学丰富等特点备受关注。稀土基高熵氧化物更因其4f电子构型多样、离子半径可调、价态灵活等特性，在光吸收、电荷分离与表面反应调控方面展现出独特潜力。也正因为其灵活、多样的复杂体系，导致稀土成分和配比更加难以把控，材料在复杂水环境中的稳定性也很难把控。

3、另外，现有的光催化材料还存在“高缺陷浓度”与“高结晶度”之间难以兼顾的难题。

4、因此，开发一种结晶度高、缺陷浓度丰富、光生载流子分离效率高、且在复杂水环境中稳定性优异的六元稀土高熵氧化物光催化材料及其可控制备方法，并应用于光催化去除铀酰离子，是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料及其制备方法与除铀应用，通过精准设计y、la、sm、er、yb、ce六种稀土元素组成的高熵体系，能够制得一种结晶度高、缺陷浓度丰富、光生载流子分离效率高、且在复杂水环境中稳定性优异的六元稀土高熵氧化物光催化材料。

2、本发明的技术方案如下：

3、ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料的制备方法包括以下步骤：

4、（1）取稀土盐加入溶剂中，搅拌成均一的稀土盐溶液，所述稀土包括y、la、sm、er、yb和ce；

5、（2）向步骤（1）得到的稀土盐溶液中加入水热辅助剂，混匀，得到混合溶液；

6、（3）将步骤（2）得到的混合溶液进行水热反应，反应完成后自然冷却，收集沉淀，洗涤、干燥，得到前驱体粉末；

7、（4）将步骤（3）得到的前驱体粉末进行热处理，即得所述ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料。

8、优选的，步骤（1）中，所述盐为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酸盐、乙酰丙酮盐、碳酸盐中的任意一种或几种，所述y、la、sm、er、yb和ce的摩尔比为（1~5）:（1~5）:（1~5）:（1~5）:（1~5）:（1~5），所述溶剂为水、乙醇、甲醇、n,n-二甲基甲酰胺、二氧六环中的一种或多种，所述稀土盐的摩尔量与溶剂的加入体积的比例为1mmol:(3~10)ml。

9、更优选的，步骤（1）中，所述盐为硝酸盐，所述y、la、sm、er、yb和ce的摩尔比为1:1:1:1:1:1，所述溶剂为水。

10、更优选的，所述稀土盐包括y(no3)3·4h2o、la(no3)3·6h2o、sm(no3)3·6h2o、er(no3)3·5h2o、yb(no3)3·5h2o和ce(no3)3·6h2o。

11、优选的，步骤（2）中，所述水热辅助剂为尿素（同时作为沉淀剂和ph调节剂），所述尿素、稀土盐的摩尔比不小于2:1。

12、混匀的方法包括：超声混合8~20min。

13、优选的，步骤（3）中，所述水热反应的条件包括：温度100~150℃，时间12~48h。

14、洗涤具体包括：用去离子水和无水乙醇交替洗涤2~4次。

15、干燥具体包括：50~70℃干燥8~20小时。

16、优选的，步骤（4）中的热处理条件包括：空气氛围，升温速率为0.3~1.0℃/min，温度500~800℃，保温时间8~15h。

17、更优选的，步骤（4）中的热处理条件包括：升温速率为0.5~0.8℃/min，温度550~650℃，保温时间9~12h。更加优选的，升温速率为0.5℃/min，温度600℃，保温时间10h。该条件下可获得单一萤石结构、高结晶度且富含氧空位的六元高熵氧化物。

18、本发明还提供了一种上述制备方法得到的ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料。

19、本发明还提供了一种ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料去除铀酰离子的应用。

20、优选的，将所述ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料置于含铀酰离子的废水中，在光照射条件下进行光催化反应，将六价铀还原成四价铀，实现铀酰离子的分离富集。

21、优选的，废水中含铀酰离子的浓度为10~500mg/l，所述ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料的加入量为200~800mg/l。

22、本发明的技术效果：

23、1、本发明通过精准设计y、la、sm、er、yb、ce六种稀土元素组成的高熵体系，旨在实现以下目标：

24、（1）优化光吸收与电荷分离性能：通过稀土元素的能带工程调控，拓宽可见光响应范围；利用高熵晶格中的缺陷作为电子捕获中心，抑制光生载流子复合。

25、（2）提升环境适应性与循环稳定性：凭借高熵材料固有的化学稳定性和缓慢扩散效应，确保材料在高离子强度、宽ph范围等苛刻水环境中的耐久性。

26、2、本发明成功打破传统材料性能权衡：通过高熵设计，在特定温度（550~650℃）热处理下获得了高结晶度（单一萤石相、尖锐xrd衍射峰）的六元稀土高熵氧化物，实现了结构稳定性和反应活性的协同提升。

27、3、本发明的六元稀土高熵氧化物具有优异的光催化除铀性能：在ph=5.5、50 mg/l铀酰溶液中，最优样品可在45分钟内实现u(vi)的完全去除，且在高离子强度（0.3 m nacl）和宽ph范围（4.5-6.5）内均保持良好活性。

28、4、本发明的六元稀土高熵氧化物具有良好的结构稳定性和性能：高熵效应与缓慢扩散效应赋予材料优异的化学稳定性，4f电子构型多样、离子半径可调、价态灵活，满足实际应用需求。

29、5、本发明的制备工艺简单、重复性好：采用尿素辅助水热共沉淀结合可控热处理的两步法，工艺条件温和、易于放大，适合规模化制备。

1.ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料的制备方法，其特征在于：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：步骤（1）中，所述盐为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酸盐、乙酰丙酮盐、碳酸盐中的任意一种或几种，所述y、la、sm、er、yb和ce的摩尔比为（1~5）:（1~5）:（1~5）:（1~5）:（1~5）:（1~5），所述溶剂为水、乙醇、甲醇、n,n-二甲基甲酰胺、二氧六环中的一种或多种，所述稀土盐的摩尔量与溶剂的加入体积的比例为1mmol:(3~10)ml。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述水热辅助剂为尿素，所述尿素、稀土盐的摩尔比不小于2:1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述水热反应的条件包括：温度100~150℃，时间12~48h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中的热处理条件包括：升温速率为0.3~1.0℃/min，温度500~800℃，保温时间8~15h。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述盐为硝酸盐，所述y、la、sm、er、yb和ce的摩尔比为1:1:1:1:1:1，所述溶剂为水。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中的热处理条件包括：升温速率为0.5~0.8℃/min，温度550~650℃，保温时间9~12h。

8.一种根据权利要求1所述的制备方法得到的ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料。

9.一种根据权利要求1所述的制备方法得到的ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料去除铀酰离子的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：将所述ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料置于含铀酰离子的废水中，在光照射条件下进行光催化反应，废水中含铀酰离子的浓度为10~500mg/l，所述ylasmerybceo六元稀土高熵氧化物光催化材料的加入量为200~800mg/l。