[發明專利]一種納米銀/立方體氯化銀光催化材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110260918.6
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102380405A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 田寶柱;包沈源;董榮芳;曾翠云;王婷婷;張金龍;李套云;廉志鵬
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: B01J27/10
• 分類號: B01J27/10;B01J23/50;C01B3/04;C02F1/32;B01D53/86
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技術領域

本發明涉及一種可應用于水中污染物降解以及光解水制氫的光催化材料及其制備方法，屬于光催化技術領域。

背景技術

進入21世紀，全球范圍的環境污染和能源危機變得更加突出，已嚴重威脅到人類的生存和發展，更成為制約世界各國可持續發展的瓶頸。如何降解日益嚴重的環境污染和能源污染，已成各國政府普遍關注和亟待解決的頭等大事。

自20世紀70年代Fujishima和Honda發現在n型半導體二氧化鈦電極上光解水制氫以來，半導體光催化技術受到了廣大研究者的廣泛關注，并有望在解決日益嚴重的環境污染和能源危機中發揮關鍵作用。在環境污染物治理方面，半導體光催化材料可以利用太陽光將水體和大氣中的絕大對數有機污染物降解為無毒無害的水和二氧化碳；在解決能源危機方面，半導體光催化材料可以利用太陽光光解水制備氫氣，作為不產生污染的清潔能源，滿足人類的各種能源需求。此外，半導體材料還可以用于太陽能電池材料，將光能轉化為電能。

納米二氧化鈦具有光化學性能穩定、無二次污染和價廉易得等優點，被認為是最具應用前景的光催化材料之一。然而，二氧化鈦的禁帶寬度決定了其只能吸收400nm以下的紫外光，而到達地球表面的太陽光譜中紫外光僅占3～5％，這就造成了二氧化鈦對太陽光的利用效率極低。

為了提高二氧化鈦對太陽光的利用效率，一方面研究者應用金屬摻雜、非金屬摻雜、染料敏化等改性措施來拓展二氧化鈦對可見光的響應范圍；另一方面，也有一些研究工作圍繞非二氧化鈦的窄帶隙光催化材料展開；近幾年，利用貴金屬的等離子共振效應來拓展光催化材料對可見光的光響應，又成為新的研究熱點。據J.Am.Chem.Soc.2008，130：1676報道，Awazu等將二氧化鈦沉積在包裹銀納米粒子的氧化硅涂層上，制備了基于銀納米粒子等離子體共振的新型光催化薄膜，該催化薄膜在近紫外光下，降解亞甲基藍的速度比單獨二氧化鈦提高了5倍。又據中國專利CN101279275報道，黃柏標等用氯化氫置換鉬酸銀的方法制備了一種基于銀納米粒子等離子體共振效應的銀/氯化銀光催化材料，可以高效利用可見光降解有機物。但上述制備方法存在的缺陷是制備過程復雜，反應時間長，所制備的銀/氯化銀光催化材料沒有規則的形貌。最近，Adv.Mater.2010，22：2570報道，將含有乙二醇的硝酸銀溶液加入到含有聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇的氯化鈉溶液中，得到立方體和其它形貌共存的氯化銀微晶，再通過160℃高溫處理，得到了銀/氯化銀光催化材料。此方法也存在制備過程復雜，反應過程需要高溫的缺陷。同時，此方法也難以制備出均一的銀/氯化銀光催化材料。

發明內容

本發明針對目前銀/氯化銀光催化材料的制備方法存在工藝復雜、制備周期長、反應過程需要高溫、得到的銀/氯化銀無規則形貌且均一性差的缺陷，提出一種低溫、快速制備銀/立方體氯化銀光催化材料的方法。該方法制備的光催化材料可以利用光還原過程中原位形成的銀納米粒子響應可見光，實現有機污染物的高效降解。

本發明所述的銀/立方體氯化銀光催化材料由立方體氯化銀和其表面原位形成的納米銀粒子構成，納米銀粒子重量占催化劑總重量的5～30％。所述催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)采用雙注沉淀法制備立方體氯化銀微晶。在高分子保護劑存在下，用蠕動泵將硝酸銀溶液和氯化鈉溶液同時注入含有明膠和氯化鈉水溶液的反應鍋中，并精確控制反應溫度、反應過程的pCl值。硝酸銀溶液和氯化鈉溶液注入結束后，再進行一定時間的物理成熟。通過以上方法，可得到均一的立方體氯化銀微晶。

(2)采用溫熱的蒸餾水對氯化銀微晶洗滌進行多次洗滌，以除去高分子保護劑、過量的氯化鈉和反應生成的硝酸鈉。

(3)將氯化銀微晶分散于水溶液中，加入甲醇或乙醇作為空穴捕獲劑，用紫外光對氯化銀微晶進行光還原處理，使其表面原位形成銀納米粒子。

步驟(1)中，所述的高分子保護劑可選明膠、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，優選為明膠。反應過程的pCl值為1～2.5，優選為1.4；反應溫度為40～90℃；物理成熟時間為0.2～1小時，優選為0.5小時。

步驟(2)中，需使用溫熱水洗滌氯化銀微晶，水溫一般為30～70℃，優選為45℃。以掃描電鏡觀測高分子保護劑殘留作為洗滌控制的終點，水洗洗滌次數一般為3～8次。

步驟(3)中可采用高壓汞燈、黑光燈或其它可產生紫外線的光源，優選高壓汞燈(100～1000W)。