[發(fā)明專利]金納米顆粒-三硫化二鉍異質(zhì)結(jié)納米光催化材料、其制備方法及其降解污染物的應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510080686.4
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104689833A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李軼;熊維;李林澤;牛麗華;張文龍;王晴
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;A01N59/02;A01P3/00;C02F1/30;C02F1/70
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)可見光光催化材料，尤其是涉及一種對染料有高效催化還原能力的異質(zhì)結(jié)納米棒光催化材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，新型光催化材料的開發(fā)與應(yīng)用逐漸成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，光催化材料在緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染問題上表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能和巨大的潛力。其中異質(zhì)結(jié)納米材料通過半導(dǎo)體與半導(dǎo)體，半導(dǎo)體與金屬材料之間的連接，實(shí)現(xiàn)不同材料之間的光致電子和空穴在不同導(dǎo)體之間的轉(zhuǎn)移，在促進(jìn)光吸收及抑制光生電子-空穴復(fù)合等方面表現(xiàn)優(yōu)異，因而受到了廣泛關(guān)注。但目前大多限于鎘(Cd)或鉛(Pb)與半導(dǎo)體材料的連接，這些材料有較大的毒性。

為了將異質(zhì)結(jié)材料高效地運(yùn)用于環(huán)境及其他領(lǐng)域，需要開發(fā)能在可見光條件下實(shí)現(xiàn)高效光生電荷分離且低毒或無毒的新型異質(zhì)結(jié)納米材料。為使載流子在異質(zhì)結(jié)中有較高的遷移率，要求在金屬和半導(dǎo)體的表面建立外延連接，研究表明，兩種材料的晶格參數(shù)之間的差異是限制該外延連接形成的主要原因。有效解決該問題是成功制備異質(zhì)結(jié)光催化材料以提升材料性能的前提。近年來，眾多科學(xué)家也將目光聚焦于此。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種金納米顆粒-三硫化二鉍異質(zhì)結(jié)納米棒光催化材料，將納米金顆粒連接在Bi₂S₃一維納米棒的中部，所得異質(zhì)結(jié)納米棒在可見光條件下對染料具有較高的催化降解效率，且對細(xì)菌具有滅活作用。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種金納米顆粒-三硫化二鉍異質(zhì)結(jié)納米棒的制備方法。

金納米顆粒-三硫化二鉍異質(zhì)結(jié)納米棒，納米金離子鏈接在三硫化二鉍一維納米棒中間部位，粒徑在20nm左右。

金納米顆粒-三硫化二鉍異質(zhì)結(jié)納米棒的制備方法，步驟如下：

(1)制備含硫溶液：將1-十八烯在氬氣氛圍下脫氣后，與六甲基二硅硫烷按照15～25：1的體積比混合均勻；

(2)制備含金溶液：按照每毫升油胺中添加0.1～0.15mmol的比例投加純度為99.9％的HAuCl₄，所得混合物脫氣后在攪拌條件下加熱至55～65℃反應(yīng)直至溶液變?yōu)榫萍t色；

(3)制備含鉍溶液：將0.15～0.25mmol?Bi(OAc)₃，1.0～2.0mmol油酸和4～6mL?1-十八烯混合后，常溫下通入氬氣脫氣，加熱至100～120℃繼續(xù)脫氣后，混合物退火，使Bi(OAc)₃溶解，形成淡黃色溶液；混合物退火溫度為140～160℃，時(shí)間為30min；

(4)將步驟(1)的含硫溶液、步驟(2)的含金溶液混合后加入步驟(3)的含鉍溶液中，迅速加熱到170～180℃退火10min，初步得到納米材料；三種溶液的體積比是2：1：5。

(5)向初步制得的納米材料中加入過量的丙酮溶液，析出納米晶體，進(jìn)一步用氯仿進(jìn)行純化，得到新型Au-Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)納米棒。

半導(dǎo)體材料Bi₂S₃具有較高的光吸收率且?guī)遁^窄(1.3eV)，可高效的吸收太陽能，Au和Bi₂S₃僅有2～3％的晶格失配，此兩種材料可很好的連接形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明將含硫、金的混合液加入含鉍溶液中，制成了金粒子位于Bi₂S₃一維納米棒中間部位的異質(zhì)結(jié)光催化材料，提高了光生電子從Bi₂S₃向Au的轉(zhuǎn)移率，使制成的異質(zhì)結(jié)納米棒較納米Au粒子和納米Bi₂S₃的簡單混合物光敏性增強(qiáng)，在可見光條件下對染料催化降解效率明顯增強(qiáng)。但溶液的混合順序?qū)Y(jié)果有較大影響。

本發(fā)明得到的新型Au-Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)納米棒具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、對染料有著高效的催化降解能力：以亞甲基藍(lán)為例，可在40min內(nèi)催化降解80％的亞甲基藍(lán)，有著出色的催化能力。

2、對細(xì)菌有滅活能力：以大腸桿菌為例，可在45min內(nèi)使超過80％的大腸桿菌滅活。

3、Au-Bi₂S₃異質(zhì)結(jié)納米棒依賴可見光，能耗低，對染料催化降解效果好，對處理工業(yè)污水，改善水體水質(zhì)有重大應(yīng)用前景。

附圖說明