[发明专利]具有磷酸铜修饰表面的半导体光催化剂及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种半导体纳米光催化剂及其制备方法，属于催化技术领域，更加具体的是本发明提供了一种具有磷酸铜修饰表面且具有高催化活性的半导体纳米粉体光催化剂及其制备方法。

背景技术

21世纪，能源短缺和环境污染日益严峻，已成为当今世界所面临的主要问题。因此，各国政府、科学家和技术人员积极采取措施，加以应对。在诸多处理方法中，半导体光催化技术格外引人注目，它能直接利用包括太阳光在内的各种途径的紫外光，在室温条件下就能使各种有机的或无机的污染物发生彻底降解和矿化，从而达到清除环境污染物的目的。该项技术具有能耗低、易操作、除净度高等特点，尤其对一些特殊的污染物，光催化技术更具有其他技术无法比拟的优点，且无二次污染。目前，光催化技术已经成为各国高科技竞争中的一个热点，具有广泛的应用前景。

1972年，Fujishima和Honda发现，受紫外光激发的金红石相二氧化钛单晶电极能在常温下使水发生分解。1976年，Carey等发现，受紫外光激发的二氧化钛也能使有毒的联苯和氯联苯发生降解。一年后，Frank和Bard发现二氧化钛可以光催化降解水中的氰化物，并提出了将光催化技术应用于环境净化的建议。此后，治理环境污染成为半导体光催化领域中最为活跃的研究方向。但是TiO2本身还是存在一些明显的不足，如1.TiO2的禁带宽度过大（E=3.2Vvs NHE左右），只能受紫外光激发；2.TiO2受激发产生的电子空穴对容易复合，导致了光催化效率的降低。随着研究的深入，许多人提出了在TiO2上掺杂或负载某些元素或化合物来提高其光催化活性或使其能扩展到可见光领域。

1999年，P.A.Connor等发现TiO₂能吸附溶液中的磷酸阴离子，而且磷酸阴离子主要以双齿结构吸附在TiO₂表面。随后，2003年，Hidaka等研究了磷酸阴离子与TiO₂一起降解染料，同样发现磷酸阴离子较好的吸附在TiO₂表面，并有效地提高了光催化降解染料的效率。随着后续工作的展开，磷酸阴离子修饰TiO₂表面所得的光催化剂越来越受到人们的关注：2007年，Wu等成功把此催化剂应用到生物中用来检测肾上腺素等生命大分子的含量。后来，Zhao等系统的研究了这个光催化剂的催化机理，他们认为磷酸阴离子吸附在TiO₂表面，主要作用是吸附有机物和水分子等物质，并提高了羟基自由基的数量，从而导致了催化活性大大提高。但是，磷酸阴离子是吸附到TiO₂表面而不是固载在催化剂上，所以Xu等利用磷酸钙与TiO₂混合，使磷酸钙固载在TiO₂上，也有效的提高了光催化活性。由此可见，TiO₂表面吸附磷酸阴离子，是提高二氧化钛光催化效率的一个重要手段，而TiO₂表面修饰金属磷酸盐更加有效的提高其光催化效率。

随着光催化领域的不断深入研究，人们不单单只是局限于TiO2的研究，1984年Nenadovic等发现一些电子受体与WO₃一起作用可以明显提高WO₃的可见光光催化活性；后来， Kudo等发现单斜晶相BiVO₄在有AgNO₃电子受体存在时具有很高的氧化水生成O₂的能力。随着工作的不断展开，半导体光催化剂Fe₂O₃、ZnO等都相继被发现是较好的半导体光催化剂前驱体。

综上所述，金属磷酸盐作为电子受体或是吸附剂，修饰在半导体光催化剂表面都能很好的提高光催化效率，而磷酸铜修饰在半导体光催化剂的表面能大幅的提高光催化效率,且具有很高的应用前景。

本发明所采用参考资料：

M. R. Hoffmann, S. T. Martin, W. Choi, D. W. Bahnemann. Chem. Rev. 1995, 95, 69-96；

P.A.Connor, A.J.McQuilla., Langmuir 1999,15, 2916-2921；

Feng Chen, Jincai Zhao. Hisao Hidaka. Res. Chem. Intermed 2003, 29,7-9, 733-748；

Hsin-Pin Wu, Tian-Lu Cheng, Wei-Lung Tseng. Langmuir 2007, 23, 7880-7885；