[发明专利]一种用于光热协同催化甲苯降解的银基催化剂

说明书

本发明公开一种用于光热协同催化甲苯降解的银基催化剂，由SrTiO₃、F和Ag组成，形成Ag/F‑SrTiO₃催化剂，以催化剂的重量为100%计，Ag的质量分数为2.5~3.0%。该催化剂在光热协同条件下具有高效降解微量甲苯的优异性能。本发明制得的催化剂不仅拓宽了光催化降解甲苯的光响应范围和增强了降解甲苯用光催化剂的可见光吸收能力，而且体相氟修饰对该催化剂产生更多活性基团并强化了贵金属颗粒与载体间的相互作用，利于加热条件下催化剂的稳定性。本发明具有催化剂制备工艺简单、催化剂稳定性好、反应条件温和、催化性能优异等优点。

技术领域

本发明涉及一种用于光热协同催化甲苯降解的银基催化剂及其 制备方法，属于光催化材料和环境保护技术领域。

背景技术

随着工业的发展，挥发性有机物(VOCs)造成的环境污染日益 严重。近年来，越来越多的科研工作致力于高效降解VOCs。其中， 光催化技术因其反应能耗低，无二次污染等优点，成为热门的研究领 域之一。但是，光催化技术的广泛应用仍然受到限制：钙钛矿光催化 剂如SrTiO₃的光响应范围受限在紫外光区域，并且其光生电子-空穴 对容易复合，不利于活性基团的产生。因此，开发光响应范围更宽和 活性更高的光催化剂是钙钛矿SrTiO₃光催化剂领域的研究重点。

SrTiO₃作为光催化材料的载体，已经得到了广泛的研究。其中， 通过对SrTiO₃进行氟离子掺杂改性和贵金属负载，能提高其光催化 剂的催化活性。Kang等人(Chem.Eng.Sci.,2013,100,384-391.)通 过喷雾热解法将氟离子掺杂在SrTiO₃中，报道指出，氟成功地被掺 杂在SrTiO₃的晶格中，并将部分Ti⁴⁺还原为Ti³⁺，Ti³⁺可以进一步在 价带和导带之间形成受主能级，这有利于产生更多的自由电子，XPS 分析表明SrTiO₃经过氟修饰后能产生更多的活性基团，从而促进催 化反应。Wang等人(Solid State Ion.,2004,172,191-195)用SrF₂通 过机械化学反应法制备出氟离子掺杂的SrTiO₃，报道显示5mol％SrF₂和95mol％SrTiO₃制得的催化剂在可见光下(>510nm)催化降 解NO的效率要高于纯相SrTiO₃。Sun等人(J.Solid State Chem.,2011, 184,1924-1930)用TiO₂纳米管阵列作为模板，并通过水热法制得 SrTiO₃，然后浸渍在0.5M的AgNO₃溶液中，通过高压汞灯光还原制 得Ag/SrTiO₃，报道指出SrTiO₃负载Ag后，光响应范围得到显著提 升，并且产生了更多的活性基团，从而可以高效降解甲基橙溶液。

但是，以上制备F-SrTiO₃存在一定的限制，如采用喷雾热解法对 设备要求较高，过程复杂，且需要较高的环境温度；而采用机械化学 反应法，制备过程繁琐，成本较高，并且F与SrTiO₃的结合不是很 紧密，容易造成催化剂稳定性不佳。