[发明专利]一种混晶相银基固溶体及其制备方法

说明书

本发明公开一种混晶相银基固溶体及其制备方法，属于光催化材料制备技术领域。本发明的一种混晶相银基固溶体，形貌为球形的β相AgAl_0.4Ga_0.6O₂和形貌为片状结构的α相AgAl_0.4Ga_0.6O₂混合组成，光学带隙介于2.50–2.68eV且可调；混晶相银基固溶体的制备方法，以β相AgAl_0.4Ga_0.6O₂粉体作为前驱物，采用水热法，以去离子水作为反应介质，在水热反应温度为80‑150℃，水热反应时间为0‑15h之间，得到成分可控的混晶相银基固溶体。本发明的混晶相银基固溶体带隙连续可调、在可见光范围内有较强的吸收、较高的光催化活性和稳定性，其制备方法制备过程简单、成本低、成分可控。

技术领域

本发明涉及一种混晶相银基固溶体及其制备方法，特别是涉及一种具有光学带隙可以连续调控、高光量子效率的α-AgAl_0.4Ga_0.6O₂和β-AgAl_0.4Ga_0.6O₂混晶相银基固溶体及其制备方法，属于光催化材料制备技术领域。

背景技术

近年来，环境污染尤其是有机物对水源的污染变得越来越严重，已经引起了广泛关注。目前，有机污染物的治理主要是通过物理和化学作用来实现。半导体光催化技术具有直接利用太阳能和室温深度反应等优势，已成为一种低成本高效治理有机污染的新途径。此外，该技术具有反应温和、降解彻底、无选择性、应用广泛、无二次污染、高效经济。太阳能光催化技术的核心是光催化材料，因此，开发能有效利用太阳能的高效稳定的光催化材料是光催化技术的基础。

光催化材料面临的主要问题包括窄的太阳光响应范围和低的光量子效率，这严重限制其实际应用。传统光催化材料只对紫外光有响应，对可见光的利用效率低，因此，开发具有可见光响应活性的新型高效光催化材料已成为光催化领域中的研究热点。目前，研究人员通过离子掺杂、半导体耦合、染料敏化等策略，能够扩展可见光的响应范围，并取得了一定的效果。然而，这些技术均具有各种局限。比如：离子掺杂在禁带中引入的能级成为电子和空穴的捕获陷阱。半导体复合要求满足热力学条件的能级匹配。染料敏化技术中敏化剂容易从催化材料表面脱落，稳定性较差。

银基固溶体光催化材料是基于通过元素轨道杂化来调节其电子结构，实现对禁带宽度的调控。因此，将禁带宽度不同的半导体形成固溶体，通过改变成分实现对半导体导带或价带位置的控制，从而获得由连续价带和导带组成的带隙可调控的光催化材料。因此，构建固溶体是实现光催化材料的可见光响应活性以及提高其稳定性的有效途径。

传统光催化材料面临的另一主要问题是光诱导过程中产生的电子和空穴不能有效分离和传输，易于复合，导致其低的光量子效率。针对这一问题，研究者们致力于对光催化材料进行表面微结构修饰，如担载贵金属形成肖特基结，构造纳米尺度的p-n结，形成内建电场，促进电子和空穴的有效分离，进一步提高光量子效率。此外，在光催化材料内形成混晶相也是提高光量子效率的有效途径。目前，研究表明：混晶相TiO₂(锐钛矿和金红石)、Ga₂O₃(α和β相)、Bi₂O₃(α和β相)等体系具有较高的光量子效率，这都归功于由混晶相形成的异质结能有效促进电子和空穴的分离。此外，混晶相易于获得、结构稳定、且能形成有效的异质结，已成为提高光量子效率的最有效途径。因此，如何构建具有混晶相的银基固溶体，实现其可见光响应活性，提高其光量子效率，具有重要意义。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种混晶相银基固溶体，为成分可控的α相和β相AgAl_0.4Ga_0.6O₂混晶相银基固溶体，其具有带隙连续可调、在可见光范围内有较强的吸收、较高的光催化活性和稳定性，其制备方法，制备过程简单、成本低、成分可控。