[發明專利]一種可見光催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201310043936.8
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103071496A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 李大塘;湯建庭;劉永紅;張馨;李海珠;黃輝
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: B01J23/68
• 分類號: B01J23/68;C01G28/02;A62D3/17;A62D101/28
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 宋向紅

技術領域

本發明屬于化學化工及環保工程技術領域，具體涉及一種可見光催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

半導體光催化技術可在室溫下直接利用太陽光將有機污染物氧化降解。因此，通過光催化方法，充分利用太陽光來降解有機污染物，是解決目前環境污染問題的一條有效途徑。光催化劑的合理設計是決定光催化性能的核心因素，一般需要考慮以下幾個方面的問題：（1）光吸收區間。紫外光只占太陽光總能量的4%左右，而可見光則占太陽光總能量的46%左右。因此，利用太陽能的關鍵在于利用太陽光中的可見光。（2）氧化或還原能力。光催化劑強的氧化或還原能力是其高活性的前提。然而，能吸收可見光的光催化劑都具有較窄的帶隙，這意味著其氧化還原能力較弱，這一般導致其光催化活性低。因此，制備具有合適能帶結構的光催化劑，使其具有寬的可見光響應范圍的同時，還具有強的氧化或還原能力，從而表現出高的可見光催化活性，是一項很具挑戰而又很有意義的研究主題。

2010年文獻首次報道，Ag₃PO₄半導體作為一種新型的具有高量子效率的可見光催化劑，其降解有機污染物的活性遠高于BiVO₄、AgBr、AgI和N摻雜TiO₂等常見的可見光催化劑（見文獻Nature?Materials，2010，9，559-564）。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種新型的可見光催化劑，該可見光催化劑分子式為Ag₃AsO₄，為粉末狀，表觀為紅褐色，微觀結構呈圓球狀。

更具體地說，該可見光催化劑的微觀結構呈0.25μm的圓球狀。

本發明的目的之二在于提供一種上述可見光催化劑的制備方法，它包括如下順序的步驟：

（1）分別稱取AgNO₃、Na₂HAsO₄置于不同燒杯中，用去離子水溶解配置成濃度為0.1~0.4mol/L的AgNO₃溶液和濃度為0.025~0.1mol/L的Na₂HAsO₄溶液后，并分別裝入兩個分液漏斗中；用濃氨水配置成濃度為0.05~0.2mol/L的氨水；

（2）在室溫磁力攪拌的條件下，將步驟（1）所準備的AgNO₃溶液和Na₂HAsO₄溶液采用并流沉淀法反應；其滴速為2~3d/s，滴定過程中同時用步驟（1）所準備的氨水控制混合物的pH為5~8，滴定完畢后在室溫下繼續磁力攪拌2h；

（3）將步驟（2）制得的桔黃色沉淀物洗滌數次，然后于60℃溫度下烘干，得到紅褐色粉末狀產物，即Ag₃AsO₄光催化劑。

上述步驟（2）中，混合物反應過程中控制硝酸銀溶液、砷酸氫二鈉溶液、氨水的濃度物質的質量比為4:1:2。

本發明的目的之三在于提供上述可見光催化劑的應用，該可見光催化劑適用于在可見光下降解有機污染物。

本發明通過一種簡便的方法，制備一種新型的可見光催化劑Ag₃AsO₄。通過實驗，表征Ag₃AsO₄的吸收帶邊在730nm左右，因此對可見光的利用效率很高。并且，在羅丹明B的降解中，本發明光催化劑的活性比Ag₃PO₄還高。因此，本發明的Ag₃AsO₄是一種新型、高效的可見光催化劑。文獻、專利調研結果表明，本發明是Ag₃AsO₄光催化劑的首例報道，該光催化劑在有機污染物治理領域有潛在的應用前景。

本發明的有益效果在于：

（1）本發明采用砷酸氫二鈉制備Ag₃AsO₄，采用氨水控制反應體系酸堿性，確保了Ag₃AsO₄高的光催化特性。

（2）本發明將Ag₃AsO₄材料應用于光催化領域，在可見光下Ag₃AsO₄具有優良的羅丹明B光催化活性，其活性在同等條件下高于Ag₃PO₄和AgI。