[发明专利]一种Ag3PO4/TiO2纳米管阵列复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料和光催化技术领域，具体涉及一种Ag₃PO₄/TiO₂纳米管阵列复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列(TNTAs)，具有比表面积大，表面形貌均一，孔径可调等优良特性，其独特的高度有序的一维纳米管状结构在光催化降解污染物、分解水产氢和太阳能电池等领域有着广泛应用，已成为各国科学领域的研究热点。

但TiO₂作为光催化剂仍有一定的局限性。由于TiO₂带隙较宽，为3.2eV(锐钛矿)，只能被波长小于388nm的紫外光激发，而太阳光中紫外光部分只占4％左右，所以对大部分可见光未能进行有效地吸收利用；而且TiO₂又因光生电子与空穴容易复合而表现出较低的光量子效率。因此，TiO₂纳米管阵列作为光催化剂在实际应用中受到很大的限制，而调整TiO₂纳米管阵列的化学组成可在一定程度上解决这些问题。

半导体复合形成异质结是二氧化钛改性的一种有效方法，利用不同半导体导带或价带位置的不同进行半导体复合，促使光生电子或空穴从一个半导体迁移到另外一个半导体，可以有效促进光生电子-空穴对的分离，降低光生电子与光生空穴的复合几率，从而提高其光量子效率，同时可以减小禁带宽度，改善太阳光可见光响应性能和光催化性能。

Ag₃PO₄是一种具有可见光响应的窄带隙(约2.4eV)光催化剂，利用其与TiO₂能带位置的不同而形成的内电场，可以有效地分离光生电子和空穴，从而提高TiO₂在可见光下的光催化性能。因此可以预期，将窄带隙的Ag₃PO₄纳米颗粒与具有规整一维纳米管状结构的TiO₂纳米管阵列进行复合，可以在很大程度上实现对TiO₂纳米管阵列的结构与光电化学性能进行调控，获得一种高效的可见光响应型复合光催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ag₃PO₄/TiO₂纳米管阵列复合光催化剂及其制备方法。本发明可以解决现有TiO₂纳米管阵列光催化剂对可见光利用率不高、光量子效率低等问题，将 Ag₃PO₄纳米颗粒与TiO₂纳米管阵列复合后形成的复合光催化剂具有良好的可见光响应性能和光催化活性，在很短时间内便可迅速降解罗丹明B染料溶液；同时该复合光催化剂的制备方法具有操作简单、合成条件温和、价格低廉和重复性好等特点。

一种Ag₃PO₄/TiO₂纳米管阵列复合光催化剂的制备方法，其特征在于，是通过以下技术方案实现的：

(1)通过阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列，方法为：称取一定量的氟化铵(NH₄F)，溶于体积比为1∶1的丙三醇和去离子水混合溶剂中，配制成浓度为1g/ml的电解液；将预清洗的钛片和Pt丝电极组成两电极体系，置于配制好的电解液中进行电化学阳极氧化，利用直流稳压电源将电压从零以0.1V/s的升压速率升到20V后，于该电压下阳极氧化反应2小时后停止；产物经去离子水清洗和干燥后，于马弗炉中500℃高温煅烧3小时，获得锐钛矿晶相结构的二氧化钛纳米管阵列；

(2)将一定量的硝酸银(AgNO₃)和油胺按摩尔比1∶2的比例，溶解于甲苯，配制成0.3M硝酸银溶液，记为A溶液；

(3)称量一定量的磷酸，溶解于乙醇，配制成1M磷酸溶液，记为B溶液；

(4)将步骤(1)制得的TiO₂纳米管阵列放入A溶液中浸渍20分钟，后放入B溶液中浸渍5分钟，然后用乙醇清洗；

(5)将步骤(4)所述的过程循环若干次后，在TiO₂纳米管阵列表面获得不同的 Ag₃PO₄纳米颗粒负载量，之后将产物置于0.02M氨水/乙醇溶液中超声5分钟，以除去未反应完全的油胺；