[發明專利]一種三元異質結可見光光催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201310231056.3
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103272596A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 賈虎生;劉海瑞;張燕;張竹霞;何霞;許并社
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B01J23/66
• 分類號: B01J23/66;B01J23/62
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張杰

技術領域

本發明涉及一種三元異質結可見光光催化劑的制備方法，屬于光催化技術領域。

背景技術

隨著人類社會經濟和工業的發展，環境污染已經變得越來越嚴重。自從1972年Fujishima和Honda教授發現TiO₂在紫外光照射下可分解水以來，光催化技術以其工藝簡單、成本低、無二次污染和安全等優點，在環境治理方面受到了廣泛的關注，成為國內外研究的熱點。TiO₂和ZnO作為最普遍采用的光催化劑，由于其化學性能穩定、成本低且無污染，因而他們作為半導體光催化劑已經在空氣凈化和處理有機物污染中得到了廣泛的應用。然而ZnO的禁帶結合能為3.2eV，這使得ZnO只能在有限的紫外光區域使得光子激發，從而導致ZnO光催化劑僅在紫外光區具有較高的催化活性，而紫外光只占太陽光譜的5%，這也就使它的應用得到了很大的限制。因此，如何使ZnO材料在可見光區域得到響應，從而使其在可見光光催化劑中得到應用成為人們追求的目標。

為了解決氧化鋅光催化劑無法響應可見光的問題，人們試圖通過摻雜一些過渡金屬或一些非金屬元素來調整ZnO材料在可見光區域的禁帶寬度，從而改進其在可見光區域的光催化性能。諸如中國專利文獻CN1962054A公開了一種具有可見光活性的銀粒子摻雜氧化鋅的光催化劑，該光催化劑的制備方法具體包括如下步驟：（1）乙酸鋅溶于乙二醇和丙三醇的混合溶劑中，攪拌均勻后的混合液采用微波循環加熱，經過5-30個循環后，得到懸浮液，懸浮液經過濾、洗滌、干燥，然后在300-500℃焙燒，得到氧化鋅；（2）將步驟（1）中制得的氧化鋅與硝酸銀加入到乙二醇中，攪拌均勻后得到的混合液采用微波循環加熱還原反應，經過5-30個循環后，將得到的懸浮液過濾分離，分別用水和無水乙醇洗滌、干燥，得到具有可見光活性的銀敏化氧化鋅光催化劑。

上述技術采用微波循環加熱法先制備得到氧化鋅，然后將氧化鋅與硝酸銀混合，在微波循環加熱的條件下用乙二醇還原銀粒子，得到的銀粒子摻雜于氧化鋅中，從而使氧化鋅催化劑可以響應從紫外區延伸到可見光區的波長，具有可見光下光催化劑活性相對較高的優點。然而向ZnO中摻雜銀粒子雖然對可見光的光催化活性有相應的提高，但是摻雜會導致材料的熱穩定性降低，光子塌陷，晶格適配，這些都會導致光生載流子的快速結合，從而影響該光催化劑的光催化性能。

為了解決上述問題，提高ZnO材料在可見光區域中的催化性能，人們又開始將寬禁帶的ZnO耦合一種窄禁帶半導體，形成二元異質結光催化劑，以提高ZnO材料在可見光催化過程中的性能。諸如，中國專利文獻CN101485977A中公開了一種氧化鋅耦合氧化銦制備得到的納米異質結光催化材料，制備具體包括如下步驟：（1）將摩爾比為1:5-5:1的硝酸鋅和硝酸銦混合后溶于去離子水中形成透明溶液，將氨水低價到上述透明溶液中，使溶液的pH值調解到9，經陳化24h，將硝酸鋅和硝酸銦充分沉淀；（2）用去離子水過濾洗滌、沉淀三次后，在95℃將沉淀物蒸干，再在600-1000℃退火2h，即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。

上述技術中的光催化材料通過氧化鋅耦合氧化銦制備得到二元異質結光催化劑，在該二元異質結光催化劑中氧化銦作為一個窄禁帶半導體，禁帶寬度為2.8eV，可以有效地擴展氧化鋅光催化材料從紫外到可見光區域的光吸收，從而提高氧化鋅光催化劑在可見光區域的光催化活性。但是，上述氧化鋅/氧化銦二元納米異質結光催化材料在制備過程中，采用將硝酸鋅和硝酸銦的水溶液在堿性條件下沉淀，而在沉淀過程中，由于鋅離子和銦離子沉淀所需的pH值不同，導致生成沉淀的速度不同，雖然可以制備得到二元異質結光催化劑，但是沉淀速度快的物質會聚集形成雜質粒子，導致焙燒后大量雜質粒子摻雜于該二元納米異質結光催化劑中，影響了該二元異質結光催化劑的性能，使得該催化劑依舊存在光生載流子的快速結合的問題，降低了催化活性，使所述光催化材料在可見光中的可利用區域大大減少。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有技術中利用氧化性材料制備可見光光催化劑過程中，由于光生載流子快速結合導致制備得到的可見光光催化劑催化活性低的問題，進而提供一種三元異質結可見光光催化劑的制備方法，使用本發明所述的制備方法制備得到的可見光光催化劑擴大了其在可見光中的可利用區域。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種三元異質結可見光光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）將可溶性鋅鹽和可溶性銦鹽溶于去離子水中，得到混合溶液；

（2）向上述混合溶液中加入貴金屬納米線混合均勻；