[發(fā)明專利]組裝N-Ag-TiO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810453934.9
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108554436B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦國輝;肖瑤瑤;劉福勝
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 青島中天匯智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團(tuán)代

改善光催化劑的性能一個重要途徑是延長其擴(kuò)散距離和增大其傳輸深度，同時采用摻雜方法延伸其可見光的吸收范圍，抑制電子和空穴的復(fù)合速度。制備三維的等級孔N?Ag?TiO₂?ZnO納米籠復(fù)合材料，此種N?Ag?TiO₂?ZnO復(fù)合材料由納米桿、八面體和圓柱體組裝通過聚合物輔助方法組裝而成，集合了八面體高活性催化、桿狀大的長徑比和圓柱體較大比表的優(yōu)勢，形成等級孔結(jié)構(gòu)。通過對比幾種復(fù)合材料降解反應(yīng)之間的差異，得出籠狀結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)和組分協(xié)同作用對提高光捕捉能力方面的優(yōu)勢。本項目涉及化學(xué)、材料和物理等交叉領(lǐng)域，研究成果將為TiO₂復(fù)合材料制備和組裝，膠體材料生長機(jī)理等，為制備高效的光催化劑提供一種新的思路，對于研發(fā)治理環(huán)境污染有重要理論和現(xiàn)實意義。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于納米材料的可控制備以及機(jī)理探索，具體涉及可控制備等離子體 N-Ag-TiO₂-ZnO復(fù)合材料，以及優(yōu)化其光催化性能的方法。

背景技術(shù)

制備三維豐富催化活性位的等級孔結(jié)構(gòu)對于改善材料的光催化性能具有重要的意義。優(yōu)異的光催化材料要求具有巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通常結(jié)合零維結(jié)構(gòu)、一維結(jié)構(gòu)和二維結(jié)構(gòu)，這對于延長光傳播的吸收路徑和改善材料的光催化性能具有重要的意義。同時具有低的能帶間隙和較強的電子和空穴分離能力對于提高材料的光催化性能作用相當(dāng)。多維結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)對于增大材料的的比表具有重要的作用，同時可以提高材料的電子轉(zhuǎn)移速度，提高材料的催化性能。在各種各樣的構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)中，聚合物輔助法制備是一種有效的制備等級孔結(jié)構(gòu)。因為兼容的能帶間隙和價帶間隙，TiO₂-ZnO異質(zhì)核結(jié)構(gòu)解決了現(xiàn)代的能量和環(huán)境問題以及自身的優(yōu)勢受到了廣泛的關(guān)注。但這種方法還是受限于電子和空穴的快速復(fù)合和有限的可見光吸收范圍。減少能量壁壘，并防止激發(fā)電子和空穴的淬滅依然具有挑戰(zhàn)性。因此構(gòu)建具有強光線吸收和載流體分離能力變成了關(guān)鍵。貴金屬如金、銀由于表面共振現(xiàn)象具有較寬的光線吸收范圍，這可通過形貌控制、表面功能化、尺寸控制工程來解決。構(gòu)建等離子體金屬半導(dǎo)體異質(zhì)核結(jié)構(gòu),增強質(zhì)子分離能力和增大光吸收光的范圍。將貴金屬引入到混合半導(dǎo)體體系中時，若組裝不恰當(dāng)或者貴金屬占的比重過大，通常會成為新的電荷和空穴復(fù)合中心。為了達(dá)到上述目標(biāo)，需要建立理論指合成具有協(xié)同等離子體效果的異質(zhì)核結(jié)構(gòu)催化劑，同時考察載流體捕捉和電子空穴機(jī)理分離機(jī)理，用來探索此體系的工作機(jī)理。

在這里，我們用聚合物輔助的方法設(shè)計并制造了N-Ag-TiO₂-ZnO納米籠異質(zhì)核結(jié)構(gòu)，用來促進(jìn)載流體分離和延伸對太陽光的吸收路徑，同時匹配的能級導(dǎo)帶，能夠有效抑制電子和空穴的復(fù)合。制備的此異質(zhì)核結(jié)構(gòu)N-Ag-TiO₂-ZnO光催化性能要優(yōu)于TiO₂-ZnO。一方面和空穴的分離能力得到了增強。摻雜氮夠減小能帶間隙，同時帶來了大量的催化活性位。同時Ag和N-TiO₂-ZnO之間的等離子體共振能夠抑制電子和空穴分離，增大可見光吸收范圍。另一方面此N-Ag-TiO₂-ZnO納米籠通過有效地分離電子和空穴能夠調(diào)節(jié)得到理想的電子性能。這種納米籠結(jié)構(gòu)具有多條載流體分離路徑，能夠有效促進(jìn)質(zhì)子的分離。這種復(fù)雜的異質(zhì)核結(jié)構(gòu)能夠增加光的吸收能力、電子和空穴的分離能力，賦予此復(fù)合結(jié)構(gòu)優(yōu)異的染料降解能力。除此之外，N功能化較大的比表和相互貫通的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加保障了材料具有優(yōu)異的光催化性能。此外多級反射可以發(fā)生在多孔狀的結(jié)構(gòu)表面上，對于提高材料對于光的利用率非常有利。所以此種N-Ag-TiO₂-ZnO納米籠催化劑是一種有前景的光催化劑。

發(fā)明內(nèi)容