[发明专利]钒酸银纳米管可见光光催化材料的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制备和应用领域，尤其是一种银系纳米管光催化材料的制备及光催化降解有机污染物方面。

背景技术

对清洁能源和环境净化的需求是人类可持续发展的两个重要议题。应用半导体催化剂和太阳光的光催化技术作为一种潜在的解决能源和环境问题的方法，近年来在学术界和产业界引起了广泛地关注。随着室内空气污染越来越严重，许多研究者开始将光催化技术应用到环境净化领域上。其研究始于上世纪70年代后期，Bard等人利用TiO₂催化剂，在紫外光照射下降解多氯联苯和氰化物等有机物获得了成功。与传统的处理方法相比，光催化氧化法降解有机污染物具有能耗低、操作简便、反应条件温和及二次污染较少等优点。无论是光催化分解水制备清洁的氢能源还是光催化降解有机污染物，其核心技术都是开发具有高量子转换效率的光催化材料。目前，二氧化钛为主要的研究对象，但其在广泛的工业利用方面受到了制约。主要存在的问题为：太阳能利用率低。由于二氧化钛的光学带隙为3.2eV，只有对低于400nm波长的光才有响应，即只对紫外光吸收，对可见光没有吸收。又因为紫外光只占到太阳光谱中的4％，可见光占太阳光谱的43％，所以，太阳能利用率很低。因此，寻找具有可见光响应的高量子转换效率的光催化材料，成为了目前光催化领域的研究热点，这一关键问题的解决是光催化技术得以产业化应用的前提条件。

半导体光催化有机物降解原理如下：光激发产生电子-空穴对，半导体光催化材料表面的光生电子与吸附的O₂发生e^-+O₂→·O₂^-反应，产生的·O₂^-会继续发生·O₂^-+H⁺→·HO₂反应。同时，光生空穴会与表面的有机物分子或吸附的OH^-发生反应生成·OH、HO₂^-、H₂O₂等具有氧化能力的物质，其中羟基自由基具有仅次于氟原子的第二强氧化能力，几乎可以氧化所有的有机物。羟基自由基是主要的氧化剂，可以脱去有机分子中α碳上的一个氢原子，最终产生CO₂和H₂O，实现有机物的矿化。

发明内容

本发明的目的是提供一种钒酸银纳米管的制备方法和其可见光下光催化降解有机物的应用。克服传统光催化材料中的非可见光响应和效率低的问题，提高可见光下的量子转化效率。

本发明的技术方案是：钒酸银纳米管粉末采用表面活性剂辅助的水热法合成。具体步骤如下：

(1)将0.300g钒酸氨(NH₄VO₄)和0.500g P123(EO₂₀PO₇₀EO₂₀)加入30mL包含2mL1mol/L硝酸(HNO₃)的蒸馏水中。

(2)室温下搅拌7h后，加入0.195g硝酸银(AgNO₃)。

(3)再搅拌1h后，将得到的溶液转移到高压釜内并在150℃下热处理24小时。

(4)所得到的沉淀物过滤后分别用蒸馏水和乙醇洗涤，并在70℃的烘箱中干燥。

本发明所采用的一步水热方法实现了钒酸银的低温可控合成，用湿化学法合成，实现了Ag，V，O在分子水平上的混合。产物尺寸均匀，并且为单晶结构。本发明所述的一步水热过程，流程短，工艺简单，产品质量稳定，易于实现工业化。

附图说明

图1为发明化合物的透射电子显微镜照片。

图2为发明化合物的光吸收性质。

具体实施方式

本发明提供一种钒酸银纳米管的制备方法和其可见光下光催化降解有机物的性能。利用异丙醇的降解速率来评价光催化有机物的降解性能。异丙醇的光催化反应的降解过程是：首先，异丙醇转化为中间产物(丙酮)；然后，丙酮再被氧化为CO₂和H₂O。由于，在起始阶段异丙醇主要进行的是降解为丙酮的反应。所以常常用起始阶段丙酮的生成速率来评估光催化性能的高低。通过以下实例进一步对本方案描述。

具体实施方式一：