[发明专利]一种磷酸银基复合可见光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域  

    本发明涉及光催化技术领域，特指一种磷酸银基复合可见光催化材料及其制备方法，具体指一种在水溶液中运用离子交换法制备形貌规则、结构可控的磷酸银立方体/氧化锌棒复合材料的方法，属于复合材料、光催化及环境治理技术领域。

背景技术

环境问题是当前社会面临的重大挑战，是制约经济和社会发展、影响人们身体健康的主要因素之一。其中，水资源问题日益严重，水环境污染已经严重影响了人们的生活质量，对我国可持续发展战略的实施也造成了较大的影响，近年来，利用光催化技术消除和降解污染物是当前水环境治理中最活跃的研究领域之一，越来越多的光催化材料被应用于环保、水质处理、有机物降解、消毒抗菌等领域，使得可见光光催化材料得到了越来越多的关注。 

氧化锌是一种光电性能独特的半导体材料，具有活性高、无污染、储量多、价格低廉等优点使其在光催化领域受到广泛关注。但由于氧化锌带隙较大（3.7 eV），只能利用整个可见光谱4%左右的光来受激产生电子-空穴对；而且其能带结构容易使产生的载流子对发生复合，导致其光催化效率进一步降低，Guo等[Nat Mater , 2010 , 9 , 559-564]报道了在可见光激发下，磷酸银由于具有分散的能带结构，禁带宽度相对较窄，光生载流子的复合速率大大降低，量子效率得到很大提高，从而表现出优异的可见光光催化活性，但是制备磷酸银使用了含银的化合物使得制备成本偏高，另外制备出的磷酸银材料的尺寸都偏大且形貌难以控制，而且磷酸银材料的化学稳定性较差。 

在扩展氧化锌可见光响应范围、延长载流子寿命的诸多尝试中，用窄带隙半导体材料与氧化锌复合形成具有异质结结构的半导体材料是一种行之有效的方法，由于磷酸银与氧化锌相似的能带结构可以很好的匹配，将氧化锌纳米颗粒复合在磷酸银微粒上形成具有异质结结构的半导体光催化材料，不仅能够扩宽氧化锌的可见光响应范围，而且在可见光激励产生电子-空穴对时，避免了光生载流子的快速复合，也防止了电子与磷酸银中的银离子发生还原反应使磷酸银发生分解，提高了光催化剂的催化效率并增强材料的循环稳定性。 

本发明以商业化的氧化锌、硝酸银和磷酸盐为原料，利用不同配比的氨水进行结构形貌调控，在水溶液中通过离子交换法快速制备磷酸银立方体与氧化锌棒的复合材料，并将其应用于可见光催化降解有机污染物未见报道。 

发明内容  

本发明的目的在于提供一种成本低廉、简单实用的方法快速制备磷酸银立方体/氧化锌棒复合可见光催化材料的方法，克服现有ZnO光催化材料可见光催化效率低、功能单一、磷酸银可见光催化材料成本较高以及结构难调控等不足之处，此外对于设计合成具有特定晶面的高活性的复合光催化材料具有一定的理论指导意义。    

实现本发明所采用的技术方案为：一种磷酸银基复合可见光催化材料，通过水溶液中离子交换法制得，并用氨水进行调控，其特征在于，制备步骤如下：

    (1) 将氧化锌溶于去离子水中超声分散均匀得到氧化锌分散液；

(2) 将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀得到硝酸银溶液；将硝酸银溶液在磁力搅拌条件下逐滴加到上述氧化锌分散液中，溶液继续搅拌至均匀得到混合前驱体溶液A，混合前驱体溶液A中氧化锌的浓度为0.5-4 wt%，硝酸银的浓度为0.1 mol/L；

(3) 将0.1mol/L氨水逐滴加入混合前驱体溶液A中，氨水与混合前驱体溶液A的体积比为2：1，搅拌30-60分钟，得到混合前驱体溶液B；

(4) 将磷酸盐溶于去离子水中，得到浓度为0.3 mol/L的磷酸盐溶液；

(5) 在磁力搅拌条件下，将步骤(4)制备的磷酸盐溶液逐滴缓慢加入步骤(3)所制备的混合前驱体溶液B中，磷酸盐溶液与混合前驱体溶液B的体积为2：9，反应体系中出现棕黄色浑浊，滴加完毕后得到的混合溶液继续搅拌30-60min，所得产物抽滤后分别用无水乙醇和去离子水洗涤后真空干燥得到所述磷酸银基复合可见光催化材料。

步骤2中所述的溶液继续搅拌至均匀得到混合前驱体溶液A指以100转/分钟的速率搅拌6-14小时得到混合前驱体溶液A。 

步骤3中的搅拌30-60分钟指以200转/分钟的速率搅拌30-60分钟。 

步骤5中的继续搅拌30-60分钟指以200转/分钟的速率继续搅拌30-60分钟。 

步骤3中所述的磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠或磷酸钠。