[發明專利]一種納米復合光催化劑材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201310496092.2
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103521224A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 李琦
• 申請（專利權）人: 張家港格林臺科環保設備有限公司
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B82Y30/00;A01N59/20;A01P1/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于無機非金屬納米材料制備、環境保護技術與太陽能利用技術領域，尤其涉及一種基于電子捕獲與存儲的具有“光催化記憶效應”的全天候納米復合光催化劑材料及其制備方法。這種納米復合光催化劑材料可以直接用于解決太陽光下有機物的分解及微生物病原體的滅活和太陽能的高效利用的問題，特別地，通過材料設計引入的“光催化記憶效應”，使得該材料在光照關閉后仍保留一定的活性，實現了全天候的光催化，解決了光催化材料在光照關閉后失去活性的難題。

背景技術

自從1972年二氧化鈦被發現在紫外光的作用下可以分解水以來，半導體材料被廣泛用作光催化劑在環境修復方面。光催化半導體材料在一定波長的光的激發下，產生電子—空穴對，電子—空穴對被催化劑表面的物質所捕獲，反應產生活性物種，這些活性物種具有很高的氧化還原性，能進一步與環境中的有機污染物反應，礦化為二氧化碳和無機離子。其中產生的電子—空穴對的有效分離被認為是制約光催化劑效果的一個關鍵步驟，電子—空穴對若不能及時被捕獲分離，就會發生復合而放出熱量，降低光催化劑的量子效率。

另外，光催化反應只能在有光的條件下，進行作業，這一特點也嚴重制約著光催化技術的發展與工業化。

長期以來，光電子的捕獲被認為是減少半導體電子和空穴對復合的主要原因。因此，通過復合的手段，構建納米復合光催化劑材料，從結構與能帶匹配上引導、實現電子的捕獲與存儲，是光催化技術研究的一個重要方向。

發明內容

?本發明的目的在于提供一種基于電子捕獲與存儲的具有“光催化記憶效應”的全天候納米復合光催化劑材料及其制備和應用。這種材料為在具有太陽光響應的半導體納米材料基體上修飾為電子流向方且具有變價性質的納米結構，以實現電子的捕獲和存儲。該納米復合光催化劑材料具有光照記憶效應，即光催化材料一經光照后，即使光熄滅數小時后，仍顯示明顯的光催化效應，從而獲得晝夜兼行的納米復合光催化劑材料。該納米復合光催化劑材料可以直接用于太陽光下有機物的降解和微生物病原體的滅活，特別地，具有“光催化記憶效應”的該納米復合光催化劑材料在光照關閉后仍保留一定的活性，實現了全天候的光催化，解決了光催化材料在光照關閉后失去活性的難題。

本發明的技術方案是：

一種納米復合光催化劑材料及其制備方法，該復合光催化劑為在具有太陽光響應的半導體納米材料基體上修飾光生電子可以流向方且具有變價性質的納米結構，以實現電子的捕獲和存儲，從而獲得具有“光催化光催化記憶效應”的全天候納米復合光催化劑材料。

所述的納米復合光催化劑材料中，基體為有太陽光響應的半導體納米材料，具體是指：具有紫外光響應的寬禁帶半導體納米材料，具有可見光響應的窄禁帶半導體材料，具有太陽光局部譜和全譜響應的半導體納米材料及摻雜半導體納米材料。

所述的納米復合光催化劑材料中，修飾物為光生電子流向方，而且具有變價性質的納米結構，具體是指：能作為基體材料電子流向方的半導體納米材料，包括半導體氧化物、半導體硫化物、摻雜半導體氧化物、摻雜半導體硫化物、鈦酸鹽、鉍酸鹽；能作為基體材料光生電子流向方的金屬納米材料，包括貴金屬、過渡金屬和多元金屬化合物。

所述納米復合光催化劑材料的基體與修飾物的復合方式既可以是有序的，也可以是無序的。

所述納米復合光催化劑材料可以直接用于太陽光下有機物的降解和微生物病原體的滅活，特別地，具有“光催化記憶效應”的該納米復合光催化劑材料在光照關閉后仍保留一定的活性，實現了全天候的光催化，解決了光催化材料在光照關閉后失去活性的難題。

所述納米復合光催化劑材料在光照之后，通過修飾物中元素的變價，實現了電子的儲存，進而實現了光催化劑的全天候作業。

所述的復合光催化劑，具體制備過程如下，

以氧化亞銅—二氧化鈦納米復合光催化劑材料為例：

1.?制備分散性較好的半導體基體氧化亞銅，首先，將0.2?g?聚乙二醇（分子量為10000）、0.5～1.0?mmol?CuSO₄·5H₂O溶于100～200?mL去離子水中，然后，在磁力攪拌的作用下，將1.8～3.6?mL的40?g/L的氫氧化鈉水溶液，以每秒一滴的速度滴加到上述溶液中，攪拌5?min，隨后將1.8～3.6?mL的88?g/L抗壞血酸水溶液以三秒一滴的速度滴加到上述溶液中，攪拌5?min；

2.?將步驟1?中獲得氧化亞銅粉末用去離子水和無水乙醇交替洗滌5次，將洗滌好的氧化亞銅粉末分散到10?mL無水乙醇中，超聲分散10?min，記為溶液A。