[發(fā)明專利]一種磷酸銀/氧化鋅復(fù)合光催化材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310429225.4
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103480400A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊小飛;劉瑞娜;李揚(yáng);秦潔玲;李榮;包杰;樊麗娜
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B01J27/18
• 分類號: B01J27/18;A62D3/17;A62D101/28;A62D101/26
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域，特指一種磷酸銀/氧化鋅復(fù)合光催化材料及其制備方法，具體的說為一種用水溶液中離子交換法制備磷酸銀/氧化鋅復(fù)合光催化材料的方法。

背景技術(shù)

????隨著工業(yè)的發(fā)展，人類本已有限的水資源受到日益嚴(yán)重的污染，清除水體中的有毒有害化學(xué)物質(zhì)如農(nóng)藥、有機(jī)染料等成為環(huán)保領(lǐng)域的重要工作，但目前水污染的處理方法大多是針對排放量大、濃度較高的污染物，對于水體中濃度低、難以轉(zhuǎn)化的優(yōu)先污染物的凈化還無能為力，而80年代發(fā)展起來的光催化降解技術(shù)卻為這一問題的解決提供了良好的途徑。

氧化鋅是一種光電性能獨(dú)特的半導(dǎo)體材料，具有活性高、無污染、儲(chǔ)量多、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是由于氧化鋅帶隙較大（3.7?eV），只能利用整個(gè)可見光光譜中4%左右的光來受激產(chǎn)生電子-空穴對，而且其能帶結(jié)構(gòu)容易使產(chǎn)生的載流子對發(fā)生復(fù)合，導(dǎo)致其光催化效率進(jìn)一步降低，在擴(kuò)展氧化鋅可見光響應(yīng)范圍、延長載流子壽命的諸多嘗試中，用窄帶隙半導(dǎo)體材料與氧化鋅復(fù)合形成具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料是一種行之有效的方法。

????磷酸銀是一種窄帶隙半導(dǎo)體材料（2.4?eV），具有強(qiáng)烈的可見光響應(yīng)特性和高效的污染物催化降解性能，由于磷酸銀與氧化鋅相似的能帶結(jié)構(gòu)可以很好的匹配，將氧化鋅納米顆粒復(fù)合在磷酸銀微粒上形成具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光催化材料，不僅能夠擴(kuò)寬氧化鋅的可見光響應(yīng)范圍，而且在可見光激勵(lì)產(chǎn)生電子-空穴對時(shí)，氧化鋅導(dǎo)帶中的電子可以迅速轉(zhuǎn)移到磷酸銀的導(dǎo)帶（導(dǎo)帶：ZnO>Ag₃PO₄），磷酸銀中的空穴迅速轉(zhuǎn)移到氧化鋅的價(jià)帶（價(jià)帶：Ag₃PO₄>?ZnO），避免了光生載流子的快速復(fù)合，也防止了電子與磷酸銀中的銀離子發(fā)生還原反應(yīng)使磷酸銀發(fā)生分解，提高了光催化劑的催化效率并增強(qiáng)材料的循環(huán)穩(wěn)定性；目前，以商業(yè)化氧化鋅、硝酸銀和磷酸鹽為原料，通過水溶液中離子交換法快速制備磷酸銀/氧化鋅復(fù)合光催化材料，并將其應(yīng)用于光催化降解有機(jī)污染物未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、制備簡單、綠色環(huán)保的磷酸銀/氧化鋅復(fù)合光催化材料的制備方法及其應(yīng)用，克服現(xiàn)有功能材料成本高、凈化效果差的缺陷，為低成本、高性能的環(huán)境凈化材料的發(fā)展和應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

????實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種磷酸銀/氧化鋅復(fù)合光催化材料，通過水溶液中離子交換法制得，其特征在于，制備步驟如下：

????(1)?將氧化鋅溶于去離子水中超聲分散均勻得到氧化鋅分散液；

????(2)?將硝酸銀溶于去離子水中，攪拌均勻得到硝酸銀溶液；將硝酸銀溶液在磁力攪拌條件下滴加到氧化鋅分散液中，溶液繼續(xù)攪拌至均勻得到混合前驅(qū)體溶液A，混合前驅(qū)體溶液A中氧化鋅的濃度為0.5-2?wt?%，硝酸銀的濃度為0.15?mol/L；

????(3)?將磷酸鹽溶于去離子水中，得到濃度為0.15?mol/L的磷酸鹽溶液；

(4)?在磁力攪拌條件下，將步驟(3)制備的磷酸鹽溶液逐滴緩慢加入步驟(2)所制備的混合前驅(qū)體溶液A中，磷酸鹽溶液與混合前驅(qū)體溶液A的體積比為1：3，反應(yīng)體系中出現(xiàn)棕黃色渾濁，滴加完畢后得到的混合溶液繼續(xù)攪拌30min-70min，所得產(chǎn)物抽濾后分別用無水乙醇和去離子水洗滌后干燥得到所述磷酸銀/氧化鋅復(fù)合光催化材料。

步驟2中的溶液繼續(xù)攪拌至均勻得到混合前驅(qū)體溶液A指以100轉(zhuǎn)/分鐘的速率攪拌6-14小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液A。

步驟4中的滴加完畢后得到的混合溶液繼續(xù)攪拌30min-70min指以200轉(zhuǎn)/分鐘的速率繼續(xù)攪拌30min-70min。

步驟3中所述的磷酸鹽為磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉或磷酸鈉。

所述復(fù)合光催化材料由磷酸銀以及氧化鋅兩種材料復(fù)合而成，其中棒狀的氧化鋅納米包裹在粒徑為100-300?nm的磷酸銀顆粒表面。

????本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a)??通過氧化鋅對磷酸銀的有效復(fù)合和結(jié)構(gòu)調(diào)控，使所制備的復(fù)合材料對可見光的吸收和響應(yīng)大大增強(qiáng)，太陽光利用率大幅提升，可見光光催化效果得到改善，可以高效地降解各類有機(jī)污染物；

b)??通過磷酸銀與氧化鋅之間的協(xié)同效應(yīng)，復(fù)合材料中磷酸銀循環(huán)穩(wěn)定性顯著提高；

c)??通過成本低廉的氧化鋅和磷酸銀的復(fù)合，在不降低復(fù)合材料性能的基礎(chǔ)上，能夠大大降低了復(fù)合材料的制備成本，而且該專利所報(bào)道的制備工藝簡單易行，對能源消耗少，綠色經(jīng)濟(jì)。