[发明专利]一种可见光催化剂Ag-H2

说明书

本发明公开了一种可见光催化剂Ag‑H₂Ti₄O₉及其制备方法和应用，通过剥离重堆积法将Ag与H₂Ti₄O₉掺杂制成光催化剂Ag‑H₂Ti₄O₉。制备方法依次包括溶胶凝胶法合成前驱体K₂Ti₄O₉、盐酸酸化K₂Ti₄O₉得到H₂Ti₄O₉、剥离‑重堆积法制备Ag‑H₂Ti₄O₉三个步骤。使用制备得到的Ag‑H₂Ti₄O₉在可见光条件下对100ppm甲苯进行降解，结果表明10min内甲苯的降解率达到了90%，在可见光下表现出了优异的光催化降解有机物的能力。

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种可见光催化剂Ag-H₂Ti₄O₉及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代化工农业的发展，我国挥发性有机物（VOCs）气体的排放量逐年增长，对生态环境和人类健康造成了极大的危害。如何实现大气中挥发性有机物的处理，以及有效控制生态环境中挥发性有机物的排放，已成为我国乃至世界各国亟待解决的问题。光催化技术是十分具有发展前景的氧化技术，具有以下特点：氧化能力强，条件温和，性能稳定等。近年来，随着人们的环保意识的增强和国家对环保工作的高度重视，寻找新的技术路线，研制新的高效、低成本的光催化剂对于环境保护和经济可持续发展具有极其重要意义。

但是，光催化因光催化剂对可见光利用率低，有效量子产率低制约着其应用。针对这些的缺陷，研究者通过对半导体能带位置、晶体结构及表面特性、形貌等改性进而增加半导体的光反应响应范围以及增加有效光生载流子。通过对这些缺陷改进，来增强光催化剂半导体的降解有机物能力。目前，常用的改进方法主要有以下几种：掺杂、半导体复合、光敏化、重金属沉积。

K₂Ti₄O₉是一种层状钛酸盐半导体材料，具有优异的力学性能以及化学稳定性，在催化、光学、航天航空、汽车等领域具有很好的应用。由于K₂Ti₄O₉的层间离子可交换性，可以通过将K₂Ti₄O₉的K⁺与H⁺交换得到H₂Ti₄O₉，再进一步将不同的客体引入层间，不同的客体的引入在比表面积、光响应范围、禁带宽度、光催化性能上有不同的效果。研究者已将各种过渡金属氧化物Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、Fe₂O₃、ZnO、CuO等以及窄禁带宽度的硫化物CdS、ZnS等引入了层间，这些材料均具有多孔性、比表面积大、热稳定性好等优点，其光催化性能也明显高于主体钛酸盐。现今对于H₂Ti₄O₉的层间修饰改性多是过渡金属及其氧化物，还有其他半导体复合，却很少有贵金属的修饰改性。Ag作为一种贵金属，其对光催化剂的贵金属沉积作用，Ag粒子不仅可以捕捉光生电子，而且可以通过表面等离子体共振效应提高催化剂的可见光吸收能力。目前，还未发现Ag- H₂Ti₄O₉催化剂制备及其催化应用的有关报道。

发明内容