[发明专利]一种磷酸银基复合催化单元的键合构筑方法

说明书

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及一种新型磷酸银基复合催化单元的键合构筑方法。

背景技术

近年来，日趋严重的环境污染和能源短缺已成为两大全球问题，在诸多领域备受关注。半导体光催化剂被公认为解决能源短缺和环境污染问题最具有前途的技术之一，因为它提供了一种简便低耗的方法有效降解目标污染物，利用取之不尽且无污染的能源资源（太阳光）进行持续光催化降解。低的量子产率及有限的光响应区域极大地限制了半导体光催化剂的应用。磷酸银（Ag₃PO₄）能够捕获大量的光子，有极高的量子产率（90%），在可见光区域响应范围广。基于以上理由，磷酸银被认为是打破半导体材料瓶颈的重要材料。然而，尽管Ag₃PO₄材料在可见光下降解有机染料时表现出极好的光催化能力，但由于自身的不稳定性缺陷严重限制了其实际应用。近些年，一系列研究致力于解决磷酸银的自分解问题，例如：通过建立异质结构，如Ag₃PO₄/AgX,Ag₃PO₄/In(OH)₃，Ag₃PO₄/CeO₂，Ag₃PO₄/TiO₂，Ag₃PO₄/Graphene，Ag₃PO₄/Fe₃O₄，Ag₃PO₄/SnO₂,Ag₃PO₄/Ag，Ag₃PO₄/碳点等以提高稳定性和效率。由于自分解现象无法被彻底消除，在尽可能减少自分解的情况下进一步提高光催化效率成为更有效的方式。而磷酸银表面复合其他材料的工艺技术，是影响磷酸银基异质结构光催化效果的重要因素。

在可见光光催化剂研究方面，邱凤仙等在专利《一种可见光响应的复合光催化剂的制备方法及其应用》（申请号：CN201510024586）中可见光响应的复合光催化剂，其先通过银盐和磷酸盐制得胶状磷酸银，再以多壁碳纳米管为载体，通过沉积-沉淀法制备可见光响应的光催化剂；通过该方法制备的催化剂可用于降解水溶液中的RhB染料，具有操作简单、降解率高的特点。杨萍等在《一种银/磷酸银改性二氧化硅复合颗粒及其制备方法》（申请号：CN201510069024）中提及了一种银/磷酸银改性二氧化硅复合颗粒及其制备方法，主要以二氧化硅纳米、微米球作为基质材料，表面官能团功能化后再加入不同量的磷酸二氢钠溶液及双氧水搅拌即可。该法利用二氧化硅表面银纳米颗粒的可控生长来进一步实现了磷酸银可控的生长及与银摩尔比的可控调整，方法简单易行，并有很好的光催化性能，因此在环境治理等领域有很好的应用前景。于飞等发明了一种负载磷酸银的石墨烯基水凝胶吸附剂的方法，即将氧化石墨水溶液超声剥离后加入谷胱甘肽，并在密封条件下控温80℃保持12h，得到含有谷胱甘肽的水凝胶，用蒸馏水浸泡去除残留的谷胱甘肽，然后在水凝胶中加入AgNO₃水溶液进行反应，得到负载Ag离子的水凝胶；然后再加入NaH₂PO₄水溶液进行反应，即得负载磷酸银的石墨烯基水凝胶吸附剂。其对甲基橙的吸附能力比石墨烯大大提高，且使可循环使用，循环使用3次，其对甲基橙吸附能力依然可达405.316-514.553mg/g（申请号：CN201510134734）。马妮在专利《磷酸银/还原石墨烯/二氧化钛纳米复合材料及制备方法》（申请号：CN201510159088）采用的原位沉淀法制备了磷酸银/还原石墨烯/二氧化钛纳米复合材料，其中，还原石墨烯纳米片包覆在尺寸约为300nm的球形二氧化钛纳米颗粒表面，10nm左右的磷酸银纳米颗粒吸附在二氧化钛纳米粒子表面，形成一种松果型结构。该催化剂是一种高效、低成本、稳定的可见光催化剂，制备过程简单，易操作，适用于大规模制备和工业化生产。施伟东等利用水热法和沉淀法，制得可见光响应的磷酸银/氧化钨异质结型光催化材料，其由氧化钨与磷酸银组成，氧化钨为纳米片状，磷酸银为颗粒状，磷酸银纳米颗粒均匀生长在氧化钨纳米片表面，两者物质的量比是1:0.3~1.8，此材料用于降解亚甲基蓝染料，经20分钟降解，降解率能达到97%（申请号：CN201410744255）。戴友芝等提供了一种可见光响应型核壳结构磁性复合光催化剂碳微球铁酸锌磷酸银(CMSsZnFe₂O₄Ag₃PO₄)的制备及应用。其以碳微球(CMSs)为核，采用溶剂热法和原位沉淀法将铁酸锌(ZnFe₂O₄)、磷酸银(Ag₃PO₄)依次负载在其表面，制得双层核壳结构复合催化剂CMSsZnFe₂O₄Ag₃PO₄。相较纯Ag₃PO₄，该发明所制备复合光催化剂具有可见光吸收强度高，磁分离性能好，抗光腐蚀性强等优点。将该复合光催化剂应用于处理2,4-二氯酚难降解有机废水，150分钟对20mg/L2,4-二氯酚溶液去除率达96.56％，重复利用第四次，对2,4-二氯酚溶液去除率仍可达86.21％（申请号：CN201410648012）。杨叶锋等在专利《一种磷酸银/二氧化钛纳米复合材料及其制备方法》（申请号：CN201410629901）中提出了由磷酸银纳米颗粒与二氧化钛纳米纤维以摩尔比0.2~2:1组成磷酸银/二氧化钛纳米复合材料，磷酸银纳米颗粒负载在二氧化钛纳米纤维表面形成异质结。本发明的复合材料在紫外光和可见光区域都显示出较强的催化活性；且方法简单易行，重复性好，合成条件温和，成本低廉，易于工业化生产。