[發明專利]一種基于Ag3PO4薄膜的可見光吸收層的制備方法

有效

• 申請號: 201410657651.8
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104437569A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 顧修全;張雙;強穎懷;趙宇龍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B01J27/18
• 分類號: B01J27/18;H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種光催化、光電材料的制備方法，特別是一種基于Ag₃PO₄薄膜的可見光吸收層的制備方法。

背景技術

步入上世紀70年代以來，環境污染和能源短缺等問題日趨引起人們對爆發全球性危機甚至災難的擔憂。站在人類社會可持續性發展的角度來看，發展綠色環境污染治理技術與替代性清潔能源已經迫在眉睫。將目前的所有技術進行對比發現，半導體光催化是一種頗有發展前途的技術，這是因為它很容易利用自然光或人工光源中的能量。光催化材料是一類半導體，能在光的照射下能夠產生電子、空穴，進而能夠將水分解為氫和氧氣，或者將有機廢水分解成無毒物質。在眾多的半導體劑中，TiO₂被證明具有光催化活性高、化學性質穩定和無毒等優點，在光催化降解、制氫等領域已經充分展現出優勢。然而，它的禁帶寬度大，只能吸收占太陽光中極小部分的紫外光。

近年來，人們也陸續研制出一些具有可見光響應的光催化劑，如CdS、BiOBr、Cu₂O等。然而這些材料要么容易發生光腐蝕，要么光催化活性不高，光分解或光降解持續時間過長，離實際應用相差很遠。直到2009年，葉金花等發現一種新型光催化材料——Ag₃PO₄，具有可見光響應(帶隙約為2.4eV)、量子產率高(～90％)等特點，可在極短的時間內將污染物礦化。盡管有著這些優點，但Ag₃PO₄基光催化劑也存在3個致命性的不足：首先，合成出的晶粒通常尺寸較大，采用表面活性劑包覆盡管有助于降低晶粒尺寸獲得納米晶，但晶粒表面包覆的有機物難以去除。第二，穩定性相對較差，不僅見光易分解，且還微溶于水，在反應過程中容易發生“光腐蝕”形成Ag單質粒子，從而阻止光的入射，通過Ag₃PO₄的外壁形成鹵化銀(AgBr、AgCl等)殼層盡管能夠抑制其“光腐蝕”行為，但光穩定性仍然難以顯著改善。第三，Ag₃PO₄光催化劑通常為粉末形式，不僅難以循環使用，而且還不容易實現光電催化：一種更佳的催化形式。

從工業應用的角度以及TiO₂等光催化材料的發展歷程上來看，有必要做成薄膜或涂層形式。這種形式的材料至少有三個優點：一是有利于光催化劑的循環使用，提高使用效率；二是做成光電化學池(用于制氫或發電)，因其自身就具有可見光響應，不僅能夠省去染料敏化環節，而且可望實現更好的光電能量轉換。另外，將Ag₃PO₄做成薄膜形式，實現光解水、光電能量轉換，相比較傳統的Si、TiO₂基太陽電池，制備成本更低，且目前尚無文獻報道過。

發明內容

本發明的目的是要提供一種基于Ag₃PO₄薄膜的可見光吸收層的制備方法，解決目前Ag₃PO₄基光催化劑不易回收，且不容易實現光電能量轉換、光解水制氫的問題。

實現本發明目的的技術方案：可見光吸收層的制備方法是：使用“共沉淀—旋涂—干燥—燒結”四步工藝制備而成；具體步驟：1)采用共沉淀法獲得Ag₃PO₄納米級粉體，粉體的尺度在20～500nm范圍；2)將Ag₃PO₄粉末溶解分散于透明有機載體中，獲得前驅體溶膠，再將獲得的前驅體溶膠利用旋涂法旋涂于基底上，得到預制的Ag₃PO₄薄膜；3)將預制的Ag₃PO₄薄膜置于20-80℃的烘箱中干燥；4)，將干燥后的Ag₃PO₄預制膜放置于馬弗爐中燒結以除去有機溶劑殘留，采用二步溫度法燒結而成。

所述的透明有機載體由松油醇、乙基纖維素組成，它們的質量比為10:1～5:1。

所述的先驅體溶膠中乙基纖維素與Ag₃PO₄粉末的質量比為0.03:1～0.1:1。

所述的二步溫度法的保溫階段分為兩個，低溫段在125-150℃，高溫段則位于350-400℃范圍。

本發明的有益效果如下：

1.本發明方法簡單、無毒，且易于操作。

2.本發明方法不需要使用惰性氣氛保護，成本低，適合進行工業化生產。