[发明专利]Pt@BiPO4/GR高效可见光催化复合纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及Pt@BiPO₄/GR高效可见光催化复合纳米纤维及其制备方法。

背景技术

半导体光催化因其在环境治理和新能源开发方面的优势,近年来成为被广泛关注的前沿课题之一。目前研究最广泛的光催化材料是TiO₂,但是其存在太阳光利用率低,光生电子-空穴对复合率高等不易克服的缺点。针对TiO₂光催化材料进行改性,如离子掺杂、半导体复合和贵金属沉积、表面敏化等，虽然可以部分地改善TiO₂光催化材料的性能，但仍然存在很多关键性的科学问题没有解决。因此，开展新型非传统高活性、高能效光催化材料的研究,已成为光催化领域的一个重要方向，其中，多元金属氧化物材料在该领域的发展最为引人瞩目。非金属含氧根如硫酸盐、磷酸盐等酸根离子具有结构稳定性好，不易产生氧空位缺陷等优势，研究发现发现PO^3-₄不但能改变光催化反应速率，而且能改变催化途径，其能加快羟基自由基对有机物的进攻，而阻止空穴直接氧化有机物。最近研究发现新型铋盐光催化剂不仅具有很高的紫外和可见光催化降解有机物的能力，并且具有很好的光电转换效率和光化学稳定性。因此，BiPO₄是一种具有很强光催化活性的催化剂，然而，由于其吸收的阈值波长小于400nm，对太阳光的利用率不高；影响了多相光催化反应的实用化和产业化进程。此外，还存在光生电子和空穴易在材料表面复合等问题，影响了BiPO₄多相光催化反应的实用化和产业化进程。研究发现，通过对BiPO₄表面修饰，如表面贵金属沉积、半导体掺杂及量子点敏化，可以提高其光催化活性和可见光利用率。由于贵金属掺杂具有如下优点：1)可以通过控制贵金属纳米颗粒尺寸调节能级结构，使其吸收光谱能够匹配太阳光光谱；2))贵金属吸收一个光子能够产生多个光生电子。因此，贵金属掺杂BiPO₄纳米光催化材料也就成为光催化领域的研究热点之一。但是，表面态贵金属掺杂复合体存在贵金属与基体之间的结合力相对较差，并且贵金属暴露于反应物和环境介质中，反应过程中的腐蚀和分解，导致其容易脱落，并且贵金属掺杂复合体普遍存在贵金属团聚、贵金属与基质不匹配、兼容，导致异质薄膜电阻率增大，不利于电荷转移，光电转换效率下降，光催化活性和光催化效率不高，影响和制约了其工业生产和实际应用。为此，近年来利用石墨烯规整的二维平面结构和高的电导性能，提高半导体中光生电子的迁移率，降低载流子的复合几率，即量子点敏化石墨烯基BiPO₄光催化材料的制备和性能研究受到了人们的高度重视，成为光催化领域的重要前沿课题。

但迄今为止，大量的工作还主要集中在表面态贵金属掺杂石墨烯基BiPO₄薄膜及其用于太阳能电池方面，我们知道，相对于粉体，纤维材料由于其大比表面积而广泛地应用于催化、分离、传感器等领域。因此，通过纤维化贵金属掺杂石墨烯基BiPO₄进而实现可见光催化是目前催化领域的研究热点之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种制备比表面积大、可见光催化性好，制备工艺简单、易于工业化生产的贵金属掺杂石墨烯基Pt@BiPO₄/GR高效可见光催化复合纳米纤维方法及由该方法获得的Pt@BiPO₄/GR高效可见光催化复合纳米纤维。

本发明是这样实现的，一种静电纺丝法制备Pt@BiPO₄/GR纳米纤维可见光催化剂方法，其特征在于方法步聚如下：

A)配置Pt前驱体液：在磁力搅拌下，将铂酸化合物(选自例如氯铂酸(H₂PtCl₆·6H₂O)、六氟合铂酸氙,六氟合铂酸)加入到去离子水中，配置Pt前驱体液；

B)纺丝液的制备：称取氧化石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮投入溶剂(例如醇类溶剂如乙醇、酮类溶剂例如丙酮、醚类溶剂例如乙醚，氧化石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮的合计重量优选是溶剂重量的10～70％，优选30～60％)中，形成混合物，在搅拌(例如磁力搅拌)下，首先将配置Pt前驱体液和铋盐(例如硝酸铋、硫酸铋、或氯化铋)加入到氧化石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮形成的混合物中，然后缓慢滴加磷酸，并于水浴(温水浴，例如50～90℃水浴，优选60～70℃水浴，例如60℃水浴)中充分混合(例如搅拌6h以上，优选6～10小时)，形成纺丝液；